DE102018217526A1 - Method for determining a parameter of a machining process and machine tool - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße (α, γ, P, R) für die Prozessqualität bei einem Bearbeitungsprozess, insbesondere bei einem Laserschneidprozess, umfassend: Insbesondere schneidendes Bearbeiten eines Werkstücks (8) unter Bewegen eines Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfs, und des Werkstücks (8) relativ zueinander, Überwachen eines Bereichs (26) an dem Werkstück (8), der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich des Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere des Laserbearbeitungskopfs, mit dem Werkstück (8) umfasst, sowieErmitteln mindestens einer Kenngröße (α, γ, P, R) für die Prozessqualität anhand des überwachten Bereichs (26). Das Verfahren ist gekennzeichnet durch Ermitteln mindestens einer positionsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße (a) an derselben Bearbeitungsposition (B) und/oder mindestens einer richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße (a) in derselben Bearbeitungsrichtung (B), insbesondere in derselben Bearbeitungsrichtung (B) an ein- und derselben Bearbeitungsposition (B). Die Erfindung betrifft auch eine zugehörige Bearbeitungsmaschine (1).The invention relates to a method for determining at least one parameter (α, γ, P, R) for the process quality in a machining process, in particular in a laser cutting process, comprising: in particular cutting machining of a workpiece (8) while moving a machining tool, in particular a laser machining head, and the workpiece (8) relative to one another, monitoring an area (26) on the workpiece (8), which preferably comprises an interaction area of the processing tool, in particular the laser processing head, with the workpiece (8), and determining at least one parameter (α, γ, P, R) for the process quality based on the monitored area (26). The method is characterized by determining at least one position-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter (a) at the same processing position (B) and / or at least one direction-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter (a) in the same machining direction (B), in particular in the same machining direction (B) at one and the same machining position (B). The invention also relates to an associated processing machine (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße für die Prozessqualität bei einem Bearbeitungsprozess, insbesondere bei einem Laserschneidprozess, umfassend: Insbesondere schneidendes Bearbeiten eines Werkstücks unter Bewegen eines Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfs, und des Werkstücks relativ zueinander, Überwachen eines Bereichs an dem Werkstück, der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich des Bearbeitungswerkzeugs mit dem Werkstück umfasst, sowie Ermitteln mindestens einer Kenngröße für die Prozessqualität anhand des überwachten Bereichs. Die Erfindung betrifft auch eine Bearbeitungsmaschine, umfassend: ein Bearbeitungswerkzeug zur insbesondere schneidenden Bearbeitung eines Werkstücks, eine Bewegungseinrichtung zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander, eine Überwachungseinrichtung zur Überwachung eines Bereichs an dem Werkstück, der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich des Bearbeitungswerkzeugs mit dem Werkstück umfasst, sowie eine Auswerteeinrichtung, die konfiguriert ist, anhand des überwachten Bereichs mindestens eine Kenngröße für die Prozessqualität zu ermitteln.The present invention relates to a method for determining at least one parameter for the process quality in a machining process, in particular in a laser cutting process, comprising: in particular cutting machining of a workpiece while moving a machining tool, in particular a laser machining head, and the workpiece relative to one another, monitoring an area on the Workpiece, which preferably comprises an interaction area of the machining tool with the workpiece, and determining at least one parameter for the process quality on the basis of the monitored area. The invention also relates to a processing machine comprising: a processing tool for in particular cutting processing of a workpiece, a movement device for moving the processing tool and the workpiece relative to one another, a monitoring device for monitoring an area on the workpiece, which preferably comprises an interaction area of the processing tool with the workpiece , and an evaluation device that is configured to determine at least one parameter for the process quality based on the monitored area.

Eine solches Verfahren und eine entsprechende Vorrichtung sind beispielsweise aus der WO2012107331A1 bekannt geworden. Dort ist u.a. beschrieben, dass als Kenngröße für die Prozessqualität ein Schneidfrontwinkel eines Laserschneidprozesses ermittelt werden kann.Such a method and a corresponding device are, for example, from the WO2012107331A1 known. It describes, among other things, that a cutting front angle of a laser cutting process can be determined as a parameter for the process quality.

Auch aus der WO2015036140A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung bekannt, bei denen anhand des erfassten Wechselwirkungsbereichs der Schneidfrontwinkel einer bei einem Laserschneidprozess gebildeten Schnittfuge als charakteristische Kenngröße des Schneidprozesses ermittelt wird. Der Schneidfrontwinkel stellt eine Kenngröße für die Prozessqualität bzw. für die Prozessrobustheit insbesondere beim Brennschneiden dar.Also from the WO2015036140A1 A method and a device are known in which the cutting front angle of a kerf formed in a laser cutting process is determined as a characteristic parameter of the cutting process on the basis of the detected interaction area. The cutting front angle represents a parameter for the process quality or for the process robustness, especially when flame cutting.

In der WO2018069291A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung beschrieben, bei denen mindestens eine Messgröße für den Verlauf der Spaltbreite einer Schnittfuge in Dickenrichtung des Werkstücks, insbesondere für einen Winkel zwischen den beiden Schnittflanken der Schnittfuge, anhand mindestens eines Bildes eines zu überwachenden Bereichs des Werkstücks ermittelt wird. Der (Öffnungs-)Winkel zwischen den beiden Schnittflanken der Schnittfuge stellt eine Kenngröße für die Prozessqualität bzw. für die Prozessrobustheit insbesondere beim Schmelzschneiden dar.In the WO2018069291A1 A method and a device are described in which at least one measurement variable for the course of the gap width of a kerf in the thickness direction of the workpiece, in particular for an angle between the two cutting edges of the kerf, is determined on the basis of at least one image of an area of the workpiece to be monitored. The (opening) angle between the two cutting edges of the kerf represents a parameter for the process quality or for the process robustness, especially when fusion cutting.

In der DE102005022095A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bestimmung einer lateralen Relativbewegung zwischen einem Bearbeitungskopf und einem Werkstück bei der Bearbeitung des Werkstücks beschrieben. Bei dem Verfahren wird die Oberfläche des Werkstücks im Bereich des Bearbeitungskopfs mit optischer Strahlung beleuchtet und von der Oberfläche des Werkstücks reflektierte optische Strahlung wird wiederholt mit einem optischen Detektor ortsaufgelöst erfasst, um optische Reflexionsmuster der Oberfläche des Werkstücks zu unterschiedlichen Zeiten zu erhalten. Die laterale Relativbewegung wird durch Vergleich der zeitlich aufeinander folgenden Reflexionsmuster ermittelt.In the DE102005022095A1 describes a method and a device for determining a lateral relative movement between a machining head and a workpiece during machining of the workpiece. In the method, the surface of the workpiece in the region of the machining head is illuminated with optical radiation, and optical radiation reflected from the surface of the workpiece is repeatedly detected with an optical detector in order to obtain optical reflection patterns of the surface of the workpiece at different times. The lateral relative movement is determined by comparing the successive reflection patterns.

Aus der EP3159093A1 ist ein Verfahren zur Kontrolle von Laserschneidvorgängen im Hochleistungsbereich mit Schneidvorgangsunterbrechung sowie ein entsprechendes Verfahren beschrieben. Bei dem Verfahren wird zumindest eine Teilstrecke einer im Zuge eines ersten Teilbearbeitungsvorgangs geschnittenen Bearbeitungsstrecke gescannt und auf Basis des Scanergebnisses mindestens ein Qualitätsmerkmal des Bearbeitungsprozesses bestimmt und mit vordefinierten Qualitätsvorgaben verglichen. Für den Schneidvorgang kann zusätzlich zumindest zeitweise ein Online-Prozessüberwachungsverfahren durchgeführt werden, wobei je nach Resultat des Vergleichs eine Anpassung zumindest eines Überwachungsparameters eines Online-Überwachungsparametersatzes erfolgt.From the EP3159093A1 describes a method for controlling laser cutting processes in the high-performance range with cutting process interruption and a corresponding method. In the method, at least a partial route of a processing route cut in the course of a first partial processing operation is scanned and at least one quality feature of the processing process is determined on the basis of the scan result and compared with predefined quality specifications. An online process monitoring method can additionally be carried out at least temporarily for the cutting process, with at least one monitoring parameter of an online monitoring parameter set being adapted depending on the result of the comparison.

In der DE 102011079083A1 ist ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks beschrieben, bei dem zumindest ausschnittsweise eine Oberflächentopographie des zu bearbeitenden Werkstücks erfasst und anhand der zuvor erfassten Oberflächentopographie ein minimaler Soll-Abstand des Bearbeitungskopfs von dem Werkstück bestimmt wird.In the DE 102011079083A1 describes a method for machining a workpiece, in which a surface topography of the workpiece to be machined is recorded at least in sections and a minimum desired distance of the machining head from the workpiece is determined on the basis of the previously recorded surface topography.

Aus der EP1497851 ist es bekannt, für das Laserschneiden eines Substrats die Laserenergiedichte in einer Fokusebene mittels eines Leistungsmessgeräts positionsabhängig auszumessen und die gemessenen Werte zu verwenden, um durch Regelung der Pulsenergie und/oder der Pulswiederholrate für eine konstante Laserenergiedichte an abgetasteten Punkten in einem Sichtfeld auf dem Substrat zu sorgen. Der Laser wird von einer maschinenspezifischen „Laserschneide-Strategiedatei“ gesteuert.From the EP1497851 it is known for laser cutting a substrate to measure the laser energy density in a focal plane using a power measuring device in a position-dependent manner and to use the measured values to regulate the pulse energy and / or the pulse repetition rate for a constant laser energy density at scanned points in a field of view on the substrate to care. The laser is controlled by a machine-specific "laser cutting strategy file".

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Bearbeitungsmaschine bereitzustellen, bei dem mindestens eine Kenngröße eines Bearbeitungsprozesses ermittelt wird, um Störungen an einer für die Bearbeitung verwendeten Bearbeitungsmaschine zu erkennen.The invention is based on the object of providing a method and a processing machine in which at least one parameter of a processing process is determined in order to identify faults in a processing machine used for the processing.

Gegenstand der Erfindung Subject of the invention

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, welches gekennzeichnet ist durch die Schritte: Ermitteln mindestens einer positionsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße an derselben Bearbeitungsposition und/oder mindestens einer richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße in derselben Bearbeitungsrichtung, insbesondere in derselben Bearbeitungsrichtung an ein- und derselben Bearbeitungsposition. Im Sinne dieser Anmeldung wird unter dem Begriff Prozessqualität auch die Prozessrobustheit verstanden, d.h. beide Begriffe werden synonym verwendet. Unter einer Kenngröße für die Prozessqualität wird im Sinne dieser Anmeldung auch eine Kenngröße verstanden, welche die Prozessqualität beeinflusst.This object is achieved according to the invention by a method of the type mentioned at the outset, which is characterized by the steps: determining at least one position-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter at the same processing position and / or at least one direction-dependent parameter for the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter in the same machining direction, in particular in the same machining direction at one and the same machining position. For the purposes of this application, the term process quality also means process robustness, i.e. both terms are used synonymously. In the context of this application, a parameter for the process quality is also understood to mean a parameter that influences the process quality.

Insbesondere flächig bearbeitende Bearbeitungsmaschinen, beispielsweise 2D-Laserschneidmaschinen, können richtungs- und/oder positionsabhängige Störungen aufweisen, die das Prozessergebnis bzw. die Prozessqualität beeinflussen. Derartige Störungen sind typischerweise lediglich von der Bearbeitungsposition bzw. von der Bearbeitungsrichtung abhängig, aber im Wesentlichen unabhängig von der Geometrie der zu schneidenden Kontur, der Art des Bearbeitungsprozesses (z.B. Brennschneiden oder Schmelzschneiden) und den Bearbeitungsparametern. Unter einer Störung wird im Sinne dieser Anmeldung auch eine Abweichung von einem Referenzzustand verstanden.Surface processing machines in particular, for example 2D laser cutting machines, can have direction and / or position-dependent faults which influence the process result or the process quality. Such disturbances are typically only dependent on the machining position or the machining direction, but essentially independently of the geometry of the contour to be cut, the type of machining process (e.g. flame cutting or fusion cutting) and the machining parameters. In the sense of this application, a fault is also understood to mean a deviation from a reference state.

Beispielsweise können positionsabhängige Störungen an im Arbeitsraum angeordneten (Auflage-)Stegen auftreten und richtungsabhängige Störungen können auf polarisations- und/oder Kaustik-Inhomogenitäten des Laserstrahls, auf Inhomogenitäten des Gasstroms bzw. Gasdrucks eines beim Bearbeiten aus einer Düse austretenden Gasstroms (z.B. aufgrund einer Beschädigung der Düse oder aufgrund eines nicht vollständig symmetrischen Aufbaus des Bearbeitungskopfs, welcher das Gas der Düse zuführt), auf eine Materialanisotropie, etc. zurückzuführen sein. Mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens ist es möglich, derartige richtungs- und/oder positionsabhängige Störungen zu erkennen bzw. zu lokalisieren. Zu diesem Zweck ist es erforderlich, ebenfalls auftretende Abweichungen, die durch nicht positions- oder richtungsabhängige Störungen hervorgerufen werden, durch eine ausreichende Anzahl von Messwerten der Kenngröße zu eliminieren, so dass eine (im Wesentlichen ausschließlich) positions- bzw. richtungsabhängige Kenngröße gebildet wird. Die Anzahl von Messwerten der Kenngröße, die für die Elimination benötigt werden, hängt davon ab, wie signifikant die richtungs- und/oder positionsabhängige Störung ist. Die Anzahl von Messwerten kann von drei Messwerten (in Extremfällen) bis zu mehreren hundert Messwerten reichen, wenn die Positions- und/oder Richtungsabhängigkeit der Störung vergleichsweise gering ausfällt. Beispielsweise kann bei einer durch eine leicht inhomogene Strahlkaustik des Laserstrahls hervorgerufenen richtungsabhängigen Störung eine hohe Anzahl von Messwerten erforderlich sein, während bei einem optischen Signal einer Laserschneidsensorik, die beim Überfahren eines Auflagesteges erfasst wird, eine geringe Anzahl an Messwerten der Kenngröße erforderlich ist, um den Beitrag von nicht positionsabhängigen Störungen zu eliminieren.For example, position-dependent disturbances can occur on (support) webs arranged in the work area and direction-dependent disturbances can be due to polarization and / or caustic inhomogeneities of the laser beam, to inhomogeneities of the gas stream or gas pressure of a gas stream emerging from a nozzle during processing (e.g. due to damage of the nozzle or due to an incompletely symmetrical construction of the machining head which supplies the gas to the nozzle) can be attributed to material anisotropy, etc. With the aid of the method described above, it is possible to identify or localize such direction and / or position-dependent faults. For this purpose, it is necessary to eliminate deviations that also occur, which are caused by disturbances that are not position- or direction-dependent, by a sufficient number of measured values of the parameter, so that a (essentially exclusively) position- or direction-dependent parameter is formed. The number of measured values of the parameter that are required for the elimination depends on how significant the direction and / or position-dependent disturbance is. The number of measured values can range from three measured values (in extreme cases) to several hundred measured values if the position and / or directional dependence of the disturbance is comparatively small. For example, in the case of a direction-dependent disturbance caused by a slightly inhomogeneous beam caustics of the laser beam, a high number of measured values may be required, while in the case of an optical signal from a laser cutting sensor system, which is detected when a support web is passed over, a small number of measured values of the parameter is required in order to obtain the Eliminate contribution from non-positional disturbances.

Unter einer richtungsabhängigen Kenngröße wird im Sinne dieser Anmeldung eine Kenngröße verstanden, die von der Bearbeitungsrichtung abhängig ist und die beispielsweise durch einen Winkel (zwischen 0° und 360°) parametrisiert wird. Die mindestens eine richtungsabhängige Kenngröße kann ggf. unabhängig von der jeweiligen Bearbeitungsposition ermittelt werden, d.h. diese wird nicht nach der Bearbeitungsposition unterschieden, sondern für die Ermittlung der richtungsabhängigen Kenngröße werden Messwerte an Bearbeitungspositionen aus dem gesamten Bearbeitungsfeld verwendet. In der Regel wird die richtungsabhängige Kenngröße jedoch an einer jeweiligen Bearbeitungsposition ermittelt, d.h. die Messwerte, die für die Ermittlung der richtungsabhängigen Kenngröße herangezogen werden, werden alle an derselben Bearbeitungsposition gemessen.In the sense of this application, a direction-dependent parameter is understood to mean a parameter which is dependent on the machining direction and which is parameterized, for example, by an angle (between 0 ° and 360 °). The at least one direction-dependent parameter can possibly be determined independently of the respective processing position, i.e. This is not differentiated according to the machining position, but rather measured values at machining positions from the entire machining field are used to determine the direction-dependent parameter. As a rule, however, the direction-dependent parameter is determined at a respective processing position, i.e. the measured values that are used to determine the direction-dependent parameter are all measured at the same processing position.

Bei einer Variante wird zum Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität eine statistische Analyse der Mehrzahl von Messwerten durchgeführt. Im einfachsten Fall kann die positions- bzw. richtungsabhängige Kenngröße den Mittelwert der an der jeweiligen Bearbeitungsposition bzw. in der jeweiligen Bearbeitungsrichtung ermittelten Messwerte bilden. Es versteht sich aber, dass der Mittelwert nicht in jedem Fall ein geeignetes Maß darstellt, um aus der Mehrzahl von Messwerten die positions- bzw. richtungsabhängige Kenngröße zu ermitteln, sondern dass für die Elimination von nicht richtungs- bzw. positionsabhängigen Störungen ein anderes statistisches Maß, beispielsweise der Median, oder komplexere statistische Auswertungen vorgenommen werden können.In one variant, a statistical analysis of the plurality of measured values is carried out to determine the position-dependent parameter and / or the direction-dependent parameter for the process quality. In the simplest case, the position-dependent or direction-dependent parameter can form the average of the measured values determined at the respective machining position or in the respective machining direction. However, it goes without saying that the mean value does not always represent a suitable measure for determining the position-dependent or direction-dependent parameter from the plurality of measured values, but that another statistical measure is used to eliminate non-direction-dependent or position-dependent disturbances , for example the median, or more complex statistical evaluations can be carried out.

Bei einer weiteren Variante wird die Kenngröße während eines Bearbeitungsprozesses kontinuierlich, z.B. mittels eines Sensors bzw. einer Überwachungseinrichtung, erfasst und ein momentan ermittelter Messwert der Kenngröße wird einer jeweiligen Bearbeitungsposition und/oder einer jeweiligen Bearbeitungsrichtung zugeordnet. Für die Überwachung der Prozessqualität während der Bearbeitung wird typischerweise mindestens eine Kenngröße für die Prozessqualität kontinuierlich überwacht, beispielsweise um instantan in den Bearbeitungsprozess eingreifen zu können. Die Ermittlung der Kenngröße während des Bearbeitungsprozesses erfolgt entlang einer vorgegebenen Bahnkurve, die bei einem Laserschneidprozess der Schnittkontur entspricht und die der Maschinensteuerung bekannt ist. Die zu einem bestimmten Zeitpunkt ermittelte Kenngröße kann daher einer Bearbeitungsposition und einer (momentanen) Bearbeitungsrichtung zugeordnet werden. Gegebenenfalls kann die momentane Bearbeitungsrichtung sowie ggf. auch die Bearbeitungsposition ebenfalls durch einen Sensor bzw. eine Überwachungseinrichtung erfasst werden, wie dies beispielsweise für die Bearbeitungsrichtung bzw. die laterale Relativbewegung zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkstück in der eingangs zitierten DE102005022095A1 beschrieben ist. Es versteht sich, dass die Bearbeitungsposition bzw. die Bearbeitungsrichtung typischerweise mit einer vorgegebenen Diskretisierung, d.h. mit einem vorgegebenen Rastermaß, der kontinuierlich erfassten Kenngröße zugeordnet wird.In a further variant, the parameter is recorded continuously during a machining process, for example by means of a sensor or a monitoring device, and a currently determined measured value of the parameter is assigned to a respective machining position and / or a respective machining direction. For monitoring process quality during the Machining is typically continuously monitored at least one parameter for the process quality, for example, to be able to intervene instantly in the machining process. The determination of the parameter during the machining process takes place along a predetermined path curve, which corresponds to the cutting contour in a laser cutting process and which is known to the machine control. The parameter determined at a specific point in time can therefore be assigned to a processing position and a (current) processing direction. If necessary, the current machining direction and possibly also the machining position can also be detected by a sensor or a monitoring device, as is the case, for example, for the machining direction or the lateral relative movement between the machining tool and the workpiece in the one cited at the beginning DE102005022095A1 is described. It goes without saying that the processing position or the processing direction is typically assigned to the continuously recorded characteristic variable with a predetermined discretization, ie with a predetermined grid dimension.

Bei einer weiteren Variante werden anhand der positionsabhängigen Kenngröße Bearbeitungspositionen ermittelt, die mindestens einen Störpositionsbereich bei der Bearbeitung bilden und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße werden Bearbeitungsrichtungen bestimmt, die mindestens einen Störwinkelbereich bei der Bearbeitung bilden. Durch häufiges Messen an derselben Bearbeitungsposition bzw. in derselben Bearbeitungsrichtung können Vorzugspositionen- und Vorzugswinkel bzw. Störpositionen und Störwinkel identifiziert werden. Die Identifizierung der Störpositionen bzw. der Störwinkel kann ebenfalls mit Hilfe von statistischen Methoden anhand der positionsabhängigen bzw. richtungsabhängigen Kenngröße erfolgen. Im einfachsten Fall werden die Störpositionsbereiche bzw. die Störwinkelbereiche anhand eines Vergleichs der positions- bzw. der richtungsabhängigen Kenngröße mit einem Schwellwert ermittelt; Bearbeitungspositionen bzw. -richtungen, an denen die Kenngröße den Schwellwert über- oder unterschreitet, werden als Störpositionsbereiche bzw. als Störwinkelbereiche identifiziert.In a further variant, machining positions are determined on the basis of the position-dependent parameter, which form at least one fault position range during machining, and / or machining directions are determined on the basis of the direction-dependent parameter, which form at least one fault angle range during machining. By frequently measuring at the same processing position or in the same processing direction, preferred positions and preferred angles or interference positions and interference angles can be identified. The identification of the interference positions or the interference angle can also be carried out using statistical methods on the basis of the position-dependent or direction-dependent parameter. In the simplest case, the interference position ranges or the interference angle ranges are determined on the basis of a comparison of the position-dependent or direction-dependent parameter with a threshold value; Processing positions or directions at which the parameter exceeds or falls below the threshold value are identified as fault position ranges or as fault angle ranges.

Beispielsweise können bei Laserbearbeitungsmaschinen Vorzugs- bzw. Störwinkelbereiche ermittelt werden, deren Ursache beispielsweise im Bearbeitungsstrahl (Polarisation, Kaustik-Inhomogenität, Auftreffwinkel, etc.), in den für die Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und/oder des Werkstücks verwendeten Bewegungseinrichtungen bzw. Antrieben (Quer- und/oder Längsschwingungen) oder z.B. im Material des Werkstücks (Anisotropie, Walzrichtung) liegen.For example, in the case of laser processing machines, preferred or interference angle ranges can be determined, the cause of which is, for example, in the processing beam (polarization, caustic inhomogeneity, angle of incidence, etc.), in the movement devices or drives used for the movement of the processing tool and / or the workpiece (transverse and / or longitudinal vibrations) or e.g. lie in the material of the workpiece (anisotropy, rolling direction).

Entsprechend können Störpositionsbereiche festgestellt werden, die von der Bearbeitungsposition bzw. vom der Position im Arbeitsraum abhängen und die ihre Ursache beispielsweise in der Laserstrahlführung (insbesondere bei einem CO2-Laser), in der mechanischen Aufhängung des Bearbeitungswerkzeugs, beispielsweise in Form eines Laserbearbeitungskopfs, (z.B. ungünstige Momente bei auskragenden Stützen, Zahnradspiel, mechanische Toleranzen, etc.), der mechanischen Lagerung des Werkstücks (Blechs), z.B. einer Paletten-Schwingung, schlechten bzw. zu wenigen Auflagestegen, den Auflagepunkten der Stege (potentielle Fehlstellen beim Überschreiten des Auflagepunktes, Prozessbeeinflussung durch verschlackte Stege) oder den Werkstück- bzw. Blecheigenschaften (Ausdünnung im Randbereich, verschmutzte Bereiche) haben können.Correspondingly, fault position ranges can be determined, which depend on the machining position or on the position in the work area and which are caused, for example, in the laser beam guidance (in particular in the case of a CO 2 laser), in the mechanical suspension of the machining tool, for example in the form of a laser machining head ( e.g. unfavorable moments in the case of cantilevered supports, gear wheel play, mechanical tolerances, etc.), the mechanical mounting of the workpiece (sheet metal), e.g. a pallet vibration, poor or too few support ridges, the support points of the supports (potential defects when the support point is exceeded, Process influence by slagged webs) or the workpiece or sheet properties (thinning in the edge area, dirty areas).

Bei einer Variante werden Bearbeitungspositionen und/oder Bearbeitungsrichtungen bei der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander in Abhängigkeit von der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störpositionsbereich, und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störwinkelbereich, festgelegt. Das Wissen um Bereiche und/oder Richtungen mit besonders guten bzw. mit besonders schlechten Prozesseigenschaften kann dazu genutzt werden, um Störpositionsbereiche bzw. Störwinkelbereiche bei der Bearbeitung zu meiden, was beispielsweise durch eine geeignete Schachtelung bzw. Anordnung der Schnittkonturen der von dem Werkstück freizuschneidenden Werkstückteile, d.h. durch eine geeignete Prozessplanung des Bearbeitungsprozesses realisiert werden kann. Es versteht sich, dass auch eine zielgerichtete Fehlerdiagnose betrieben werden kann, d.h. es kann eine zielgerichtete Prüfung der Ursachen für die Störung(en) an einem jeweiligen Störpositionsbereich bzw. an einem jeweiligen Störwinkelbereich durchgeführt werden. Sowohl die Fehlerdiagnose als auch die Optimierung der Arbeitsplanung, d.h. das Meiden der kritischen Störpositionsbereiche bzw. der Störwinkelbereiche kann vollautomatisch ohne das Zutun eines Bedieners erfolgen.In one variant, machining positions and / or machining directions are determined during the movement of the machining tool and the workpiece relative to one another as a function of the determined position-dependent characteristic variable, in particular the fault position range, and / or on the basis of the direction-dependent characteristic variable, in particular the fault angle range. The knowledge of areas and / or directions with particularly good or particularly bad process properties can be used to avoid interference position ranges or interference angle ranges during machining, for example by suitable nesting or arrangement of the cutting contours of the workpiece parts to be cut free from the workpiece , ie can be realized by a suitable process planning of the machining process. It goes without saying that targeted fault diagnosis can also be carried out, i.e. a targeted check of the causes of the disturbance (s) can be carried out at a respective fault position range or at a respective fault angle range. Both fault diagnosis and optimization of work planning, i.e. the avoidance of the critical interference position ranges or the interference angle ranges can be carried out fully automatically without the intervention of an operator.

Bei einer weiteren Variante wird die Mehrzahl der Messwerte der mindestens einen Kenngröße bei mehreren Bearbeitungsprozessen an derselben Bearbeitungsmaschine ermittelt und/oder die positionsabhängige Kenngröße und/oder die richtungsabhängige Kenngröße wird/werden auf mehreren baugleichen Bearbeitungsmaschinen ermittelt. Im ersten Fall werden an einer konkreten Bearbeitungsmaschine positions- bzw. richtungsabhängige Kenngrößen ermittelt, um Fehler zu identifizieren, im zweiten Fall werden an mehreren baugleichen Bearbeitungsmaschinen positions- bzw. richtungsabhängige Kenngrößen ermittelt. Durch den Vergleich zwischen den polarisations- bzw. richtungsabhängigen Kenngrößen, die auf mehreren baugleichen Bearbeitungsmaschinen ermittelt wurden, kann der Einfluss der individuellen Bearbeitungsmaschine eliminiert werden und es können systematische Schwachstellen der Maschinenkonstruktion eines jeweiligen Typs von Bearbeitungsmaschine erkannt werden.In a further variant, the plurality of measured values of the at least one parameter is determined in several machining processes on the same machine tool and / or the position-dependent parameter and / or the direction-dependent parameter is / are determined on several machine tools of identical construction. In the first case, position- or direction-dependent parameters are determined on a specific processing machine in order to identify errors, in the second case, position- or direction-dependent parameters are determined on several identical processing machines. By comparing between The polarization- or direction-dependent parameters that were determined on several identical processing machines can eliminate the influence of the individual processing machine and systematic weaknesses in the machine design of a particular type of processing machine can be identified.

Bei einer Weiterbildung wird die Mehrzahl der Messwerte der mindestens einen Kenngröße bei mehreren Bearbeitungsprozessen an derselben Bearbeitungsmaschine ermittelt und beim Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße wird eine zeitliche Änderung der Messwerte berücksichtigt. Die Messwerte der mindestens einen Kenngröße, die an aufeinander folgenden Bearbeitungsprozessen an ein- und derselben Bearbeitungsmaschine ermittelt werden, können einer zeitlichen Änderung unterworfen sein. Handelt es sich bei der Kenngröße, für welche die Messwerte ermittelt werden, beispielsweise um eine Fokuslage in Strahlrichtung des Laserstrahls, so kann diese sich beispielsweise durch eine Verschmutzung einer Bearbeitungsoptik zeitlich verändern, da diese zu einer so genannten thermischen Linse führen kann, die eine Veränderung der Fokuslage zur Folge hat. Für den Fall, dass eine statistisch signifikante zeitliche Änderung der Messwerte festgestellt wird, kann diese Änderung bei der Ermittlung der Kenngröße berücksichtigt werden.In a further development, the plurality of measured values of the at least one characteristic variable is determined in several machining processes on the same processing machine, and a change in the measured values over time is taken into account when determining the position-dependent characteristic variable and / or the direction-dependent characteristic variable. The measured values of the at least one parameter, which are determined in successive machining processes on one and the same machine tool, can be subject to a change over time. If the parameter for which the measured values are determined is, for example, a focal position in the beam direction of the laser beam, this can change over time, for example, due to contamination of a processing optics, since this can lead to a so-called thermal lens that changes the focus position. In the event that a statistically significant change in the measured values over time is determined, this change can be taken into account when determining the parameter.

Generell ist es möglich, die zeitliche Änderung der Messwerte dadurch zu berücksichtigen, dass ältere Messwerte bei der Ermittlung der Kenngröße weniger stark gewichtet werden als Messwerte, die bei Bearbeitungsprozessen ermittelt wurden, die noch nicht so lange zurückliegen. Auch können ggf. Messwerte, die bei sehr lange zurückliegenden Bearbeitungsprozessen ermittelt wurden, bei der Ermittlung der Kenngröße nicht mehr berücksichtigt werden. Insbesondere können diese Messwerte ggf. verworfen bzw. gelöscht werden.In general, it is possible to take into account the change in the measured values over time in that older measured values are less weighted when determining the parameter than measured values that were determined during machining processes that were not so long ago. Measured values that were determined in the case of machining processes that were carried out very long ago may also no longer be taken into account when determining the characteristic variable. In particular, these measured values can be discarded or deleted if necessary.

Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren das Speichern der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße und/oder des Störpositionsbereichs und/oder der ermittelten richtungsabhängigen Kenngröße und/oder des Störrichtungsbereichs in einem Datenspeicher. In dem Datenspeicher, beispielsweise in der Maschinensteuerung, auf einem zentralen Computer oder in der Cloud werden Daten über den/die Störpositionsbereich(e) bzw. den/die Störpositionsrichtung(en) gesammelt. Insbesondere können in dem Datenspeicher die positionsabhängige(n) bzw. winkelabhängige(n) Kenngröße(n) bzw. die Störpositions- bzw. Winkelbereich(e) von mehreren Bearbeitungsmaschinen, die an unterschiedlichen Orten betrieben werden, zusammengeführt werden.In a further variant, the method comprises storing the determined position-dependent parameter and / or the fault position range and / or the determined direction-dependent parameter and / or the fault direction range in a data memory. In the data storage, for example in the machine control, on a central computer or in the cloud, data about the fault position area (s) or the fault position direction (s) are collected. In particular, the position-dependent (n) or angle-dependent (n) parameter (s) or the fault position or angle range (s) of several processing machines that are operated at different locations can be brought together in the data memory.

Bei einer Variante ist die Kenngröße ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Schneidfrontwinkel einer Schneidfront einer Schnittfuge und Öffnungs-Winkel zwischen zwei Schnittflanken der Schnittfuge. Der Schneidfrontwinkel stellt eine Kenngröße für die Prozessqualität insbesondere beim Brennschneiden dar und kann beispielsweise auf die in der eingangs zitierten WO2012107331A1 oder auf die in der eingangs zitierten WO2015036140A1 beschriebene Weise ermittelt werden. Die Abnahme der Breite der Schnittfuge des Schnittspalts in Dickenrichtung des Werkstücks, die z.B. durch den Öffnungs-Winkel zwischen den Schnittflanken der Schnittfuge bzw. durch eine für diesen indikative Messgröße ermittelt werden kann (vgl. die eingangs zitierte WO2018069291A1 ) stellt eine Kenngröße für die Prozessqualität bzw. die Prozessrobustheit beim Schmelzschneiden dar.In one variant, the parameter is selected from the group comprising: cutting front angle of a cutting front of a kerf and opening angle between two cutting edges of the kerf. The cutting front angle represents a parameter for the process quality, in particular in the case of flame cutting, and can, for example, refer to the one cited in the introduction WO2012107331A1 or to the ones quoted in the introduction WO2015036140A1 described manner can be determined. The decrease in the width of the kerf of the cutting gap in the thickness direction of the workpiece, which can be determined, for example, by the opening angle between the cutting edges of the kerf or by a measurement variable indicative of this (cf. WO2018069291A1 ) represents a parameter for the process quality and the process robustness in fusion cutting.

Bei einer weiteren Variante ist die Kenngröße ausgewählt aus der Gruppe umfassend: Positioniergenauigkeit und Richtungsgenauigkeit beim Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander. Auch die Positionier- bzw. die Richtungsgenauigkeit hat einen Einfluss auf die Prozessqualität und hängt aufgrund der Aufhängung des Bearbeitungswerkzeugs bzw. der Lagerung des Werkstücks von der Bearbeitungsposition bzw. von der Bearbeitungsrichtung ab. Die Richtungsgenauigkeit bei der Bearbeitung kann beispielsweise mit Hilfe des in der eingangs zitierten DE102005022095A1 beschriebenen Verfahrens ermittelt werden, welches die laterale Relativbewegung zwischen Bearbeitungswerkzeug und Werkstück beschreibt. Durch einen Vergleich mit der Soll-Bearbeitungsrichtung, die sich aus der Bahnplanung ergibt, kann die Richtungsgenauigkeit der Relativbewegung an einer jeweiligen Bearbeitungsposition ermittelt werden. Entsprechend kann auch die momentane Bearbeitungsposition über einen geeigneten Sensor bzw. eine geeignete Überwachungseinrichtung ermittelt und mit der sich aus der Bahnplanung ergebenden Soll-Bearbeitungsposition verglichen werden, um die Positionsgenauigkeit zu ermitteln.In a further variant, the parameter is selected from the group comprising: positioning accuracy and directional accuracy when moving the processing tool and the workpiece relative to one another. The positioning or directional accuracy also has an influence on the process quality and depends on the machining position or the machining direction due to the suspension of the machining tool or the mounting of the workpiece. The directional accuracy during processing can be done, for example, with the help of the one cited in the introduction DE102005022095A1 described method can be determined, which describes the lateral relative movement between the machining tool and workpiece. The directional accuracy of the relative movement at a respective processing position can be determined by a comparison with the target processing direction, which results from the path planning. Accordingly, the current machining position can also be determined using a suitable sensor or a suitable monitoring device and compared with the target machining position resulting from the path planning in order to determine the position accuracy.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Bearbeitungsmaschine der eingangs genannten Art, bei der die Auswerteeinrichtung konfiguriert bzw. programmiert ist, mindestens eine positionsabhängige Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße an derselben Bearbeitungsposition und/oder mindestens eine richtungsabhängige Kenngröße für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten der mindestens einen Kenngröße entlang derselben Bearbeitungsrichtung, insbesondere entlang derselben Bearbeitungsrichtung an ein- und derselben Bearbeitungsposition, zu ermitteln. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, können an der Bearbeitungsmaschine anhand der positions- und/oder richtungsabhängigen Kenngröße positions- und/oder richtungsabhängige Störungen ermittelt werden. Bei der Bearbeitungsmaschine kann es sich insbesondere um eine so genannte 2D-Laserschneidmaschine handeln, bei der das Werkstück typischerweise auf einer Werkstückauflage ruht und das Bearbeitungswerkzeug in Form eines Laserbearbeitungskopfs in lateraler Richtung über das Werkstück bewegt wird.Another aspect of the invention relates to a processing machine of the type mentioned at the outset, in which the evaluation device is configured or programmed, at least one position-dependent parameter for the process quality based on a plurality of measured values of the at least one parameter at the same processing position and / or at least one direction-dependent parameter for to determine the process quality on the basis of a plurality of measured values of the at least one parameter along the same machining direction, in particular along the same machining direction at one and the same machining position. As described above in connection with the method, the Processing machine can be determined on the basis of the position and / or direction-dependent characteristic variable, position and / or direction-dependent disturbances. The processing machine can in particular be a so-called 2D laser cutting machine, in which the workpiece typically rests on a workpiece support and the processing tool is moved in the form of a laser processing head in a lateral direction over the workpiece.

Bei einer Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung konfiguriert bzw. programmiert, zum Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße für die Prozessqualität eine statistische Analyse der Mehrzahl von Messwerten durchzuführen. Wie oben beschrieben wurde, kann eine statistische Analyse bzw. Auswertung der Messwerte dazu verwendet werden, um Einflüsse auf die Prozessqualität zu eliminieren, die nicht von der Bearbeitungsposition und/oder von der Bearbeitungsrichtung abhängig sind.In one embodiment, the evaluation device is configured or programmed to carry out a statistical analysis of the plurality of measured values in order to determine the position-dependent parameter and / or the direction-dependent parameter for the process quality. As described above, a statistical analysis or evaluation of the measured values can be used to eliminate influences on the process quality that are not dependent on the processing position and / or on the processing direction.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Überwachungseinrichtung ausgebildet, die mindestens eine Kenngröße kontinuierlich zu überwachen und die Auswerteeinrichtung ist ausgebildet, einen momentan ermittelten Messwert der Kenngröße einer jeweiligen Bearbeitungsposition und/oder einer jeweiligen Bearbeitungsrichtung zuzuordnen. Die Auswerteeinrichtung kann in dem Bearbeitungswerkzeug vorgesehen sein, aber auch einen Teil einer Steuerungseinrichtung der Bearbeitungsmaschine bilden.In a further embodiment, the monitoring device is designed to continuously monitor the at least one parameter and the evaluation device is designed to assign a currently determined measured value to the parameter to a respective machining position and / or a respective machining direction. The evaluation device can be provided in the processing tool, but can also form part of a control device of the processing machine.

Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Auswerteeinrichtung konfiguriert bzw. programmiert, anhand der positionsabhängigen Kenngröße Bearbeitungspositionen zu ermitteln, die mindestens einen Störpositionsbereich bei der Bearbeitung bilden und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße Bearbeitungsrichtungen zu ermitteln, die mindestens einen Störwinkelbereich bei der Bearbeitung bilden. Hinsichtlich dieser Ausführungsform sei auf die obigen Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren verwiesen.In a further embodiment, the evaluation device is configured or programmed to use the position-dependent parameter to determine machining positions that form at least one fault position range during machining and / or to use the direction-dependent parameter to determine machining directions that form at least one fault angle range during machining. With regard to this embodiment, reference is made to the above statements in connection with the method.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst die Bearbeitungsmaschine eine Steuerungseinrichtung zur Steuerung der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander, die bevorzugt konfiguriert ist, Bearbeitungspositionen und/oder Bearbeitungsrichtungen bei der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander in Abhängigkeit von der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störpositionsbereich, und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße, insbesondere von dem Störwinkelbereich, festzulegen. Wie weiter oben beschrieben wurde, können die Störpositionsbereiche bzw. die Störwinkelbereiche bei der Arbeitsplanung bzw. beim Blechbelegungsplan berücksichtigt werden, um diese bei dem Bearbeitungsprozess möglichst zu vermeiden.In a further embodiment, the processing machine comprises a control device for controlling the movement of the processing tool and the workpiece relative to one another, which is preferably configured, processing positions and / or processing directions for the movement of the processing tool and the workpiece relative to one another as a function of the determined position-dependent characteristic variable, in particular of the interference position range, and / or on the basis of the direction-dependent parameter, in particular of the interference angle range. As was described further above, the fault position ranges or the fault angle ranges can be taken into account in the work planning or in the sheet metal layout plan, in order to avoid these as far as possible during the machining process.

Bei einer Ausführungsform sind die Überwachungseinrichtung und die Auswerteeinrichtung konfiguriert, anhand des überwachten Bereichs als Kenngröße für die Prozessqualität einen Schneidfrontwinkel einer Schneidfront einer Schnittfuge, einen Öffnungs-Winkel zwischen zwei Schnittflanken der Schnittfuge, eine Positioniergenauigkeit und/oder eine Richtungsgenauigkeit beim Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks relativ zueinander zu ermitteln. Bei der Kenngröße, welche die Positioniergenauigkeit und/oder Richtungsgenauigkeit bei der Relativbewegung beschreibt, kann es sich beispielsweise um eine Abweichung der Ist-Bewegung von der Soll-Bewegung handeln, die beispielsweise auf eine ungleichmäßige Bewegung (Rattern) der Antriebe zurückzuführen ist. Weitere Kenngrößen, die ermittelt werden können, sind die Schnittspaltbreite bzw. die Abweichung der Schnittspaltbreite von einer Soll-Schnittspaltbreite, die Strahllage einer Bearbeitungsdüse, die Abweichung des Abstands zwischen der (Bearbeitungs- )Düse und dem Werkstück von einem Sollwert, die Abweichung des Druck- bzw. Gas-Durchflusses durch die Düse von einem Sollwert, der elektrische Widerstand zwischen der Düse und dem Werkstück, sowie die mittels eines Sensors koaxial gemessene Strahlungsintensität in dezidierten bzw. vorgegebenen Wellenlängenbändern, z.B. mittels einer Fotodiode bei der Einstechsensorik. Die Ermittlung dieser Kenngrößen kann insbesondere auf die weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschriebene Weise erfolgen.In one embodiment, the monitoring device and the evaluation device are configured, based on the monitored area as a parameter for the process quality, a cutting front angle of a cutting front of a kerf, an opening angle between two cutting edges of the kerf, a positioning accuracy and / or a directional accuracy when moving the processing tool and the like Determine workpiece relative to each other. The parameter which describes the positioning accuracy and / or directional accuracy in the case of the relative movement can be, for example, a deviation of the actual movement from the target movement, which can be attributed, for example, to an uneven movement (rattling) of the drives. Further parameters that can be determined are the cutting gap width or the deviation of the cutting gap width from a target cutting gap width, the jet position of a processing nozzle, the deviation of the distance between the (processing) nozzle and the workpiece from a target value, the deviation of the pressure - or gas flow through the nozzle from a desired value, the electrical resistance between the nozzle and the workpiece, and the radiation intensity measured coaxially by means of a sensor in dedicated or predetermined wavelength bands, for example by means of a photodiode in the penetration sensor system. These parameters can be determined in particular in the manner described above in connection with the method.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und der Zeichnung. Ebenso können die vorstehend genannten und die noch weiter aufgeführten Merkmale je für sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen Verwendung finden. Die gezeigten und beschriebenen Ausführungsformen sind nicht als abschließende Aufzählung zu verstehen, sondern haben vielmehr beispielhaften Charakter für die Schilderung der Erfindung.Further advantages of the invention result from the description and the drawing. Likewise, the features mentioned above and those listed further can be used individually or in combination in any combination. The embodiments shown and described are not to be understood as an exhaustive list, but rather have an exemplary character for the description of the invention.

Es zeigen:

  • 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Bearbeitungsmaschine in Form einer Laserbearbeitungsmaschine zum schneidenden Bearbeiten eines Werkstücks,
  • 2a,b eine Darstellung eines Laserbearbeitungskopfs der Laserbearbeitungsmaschine von 1, der eine Überwachungseinrichtung aufweist, sowie einer Blende der Überwachungseinrichtung, und
  • 3 eine dreidimensionale Darstellung eines Details einer bei dem Laserschneidprozess an einem Werkstück gebildeten Schnittfuge.
Show it:
  • 1 1 shows a schematic illustration of an exemplary embodiment of a processing machine in the form of a laser processing machine for cutting processing a workpiece,
  • 2a, b a representation of a laser processing head of the laser processing machine of 1 , which has a monitoring device, and an aperture of the monitoring device, and
  • 3rd a three-dimensional representation of a detail of a kerf formed on the workpiece in the laser cutting process.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet. In the following description of the drawings, identical reference numerals are used for identical or functionally identical components.

1 zeigt eine Laserbearbeitungsmaschine 1 mit einer Laserquelle 2, einem Laserbearbeitungskopf 4 und einer Werkstückauflage 5. Ein von der Laserquelle 2 erzeugter Laserstrahl 6 wird mittels einer Strahlführung 3 mit Hilfe von (nicht gezeigten) Umlenkspiegeln zum Laserbearbeitungskopf 4 geführt und in diesem fokussiert sowie mit Hilfe von ebenfalls nicht bildlich dargestellten Spiegeln senkrecht zur Oberfläche 8a eines Werkstücks 8 ausgerichtet, d.h. die Strahlachse (optische Achse) des Laserstrahls 6 verläuft senkrecht zum Werkstück 8. Im gezeigten Beispiel handelt es sich bei der Laserquelle 2 um eine CO2-Laserquelle. Alternativ kann der Laserstrahl 6 beispielsweise durch einen Festkörperlaser erzeugt werden. 1 shows a laser processing machine 1 with a laser source 2nd , a laser processing head 4th and a workpiece support 5 . One from the laser source 2nd generated laser beam 6 is by means of a beam guide 3rd with the aid of deflecting mirrors (not shown) to the laser processing head 4th guided and focused in this and with the help of mirrors, also not shown, perpendicular to the surface 8a of a workpiece 8th aligned, ie the beam axis (optical axis) of the laser beam 6 runs perpendicular to the workpiece 8th . In the example shown, the laser source is used 2nd a CO 2 laser source. Alternatively, the laser beam 6 for example generated by a solid-state laser.

Zum Laserschneiden des Werkstücks 8 wird mit dem Laserstrahl 6 zunächst eingestochen, d.h. das Werkstück 8 wird an einer Stelle punktförmig aufgeschmolzen oder oxidiert und die hierbei entstehende Schmelze wird ausgeblasen. Nachfolgend wird der Laserstrahl 6 über das Werkstück 8 bewegt, so dass eine durchgängige Schnittfuge 9 entsteht, an der entlang der Laserstrahl 6 das Werkstück 8 durchtrennt. For laser cutting the workpiece 8th is with the laser beam 6 first pierced, ie the workpiece 8th is melted or oxidized at one point and the resulting melt is blown out. Below is the laser beam 6 about the workpiece 8th moves so that a continuous kerf 9 emerges along the laser beam 6 the workpiece 8th severed.

Sowohl das Einstechen als auch das Laserschneiden können durch Hinzufügen eines Gases unterstützt werden. Als Schneidgase 10 können Sauerstoff, Stickstoff, Druckluft und/oder anwendungsspezifische Gase eingesetzt werden. Entstehende Partikel und Gase können mithilfe einer Absaugeinrichtung 11 aus einer Absaugkammer 12 abgesaugt werden.Both grooving and laser cutting can be supported by adding a gas. As cutting gases 10th oxygen, nitrogen, compressed air and / or application-specific gases can be used. Particles and gases can be removed using a suction device 11 from a suction chamber 12th be sucked off.

Die Laserbearbeitungsmaschine 1 umfasst auch eine Bewegungseinrichtung 13 zur Bewegung des Laserbearbeitungskopfs 4 und des Werkstücks 8 relativ zueinander. Im gezeigten Beispiel ruht das Werkstück 8 während der Bearbeitung auf der Werkstückauflage 5 und der Laserbearbeitungskopf 4 wird bei der Bearbeitung entlang von zwei Achsen X, Y eines XYZ-Koordinatensystems bewegt. Zu diesem Zweck weist die Bewegungseinrichtung 13 ein mit Hilfe eines durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebs in X-Richtung verschiebbares Portal 14 auf. Der Laserbearbeitungskopf 4 kann mit Hilfe eines weiteren durch einen Doppelpfeil angedeuteten Antriebs der Bewegungseinrichtung 13 in X-Richtung verschoben werden, um an beliebige Bearbeitungspositionen BX,Y in X-Richtung und in Y-Richtung in einem durch die Verschiebbarkeit des Laserbearbeitungskopfs 4 bzw. durch das Werkstück 8 vorgegebenen Arbeitsfeld bewegt zu werden. An einer jeweiligen Bearbeitungsposition BX,Y weist der Laserstrahl 6 eine (instantane) Bearbeitungsrichtung Bφ auf, die durch einen Bearbeitungswinkel φ beschrieben wird, der (willkürlich) von der negativen Y-Richtung ausgehend gemessen wird und bei dem in 1 gezeigten Beispiel bei φ = 0° liegt.The laser processing machine 1 also includes a moving device 13 for moving the laser processing head 4th and the workpiece 8th relative to each other. In the example shown, the workpiece is at rest 8th during machining on the workpiece support 5 and the laser machining head 4th is moved during machining along two axes X, Y of an XYZ coordinate system. For this purpose, the movement device 13 a portal displaceable in the X direction with the aid of a drive indicated by a double arrow 14 on. The laser processing head 4th can with the help of another drive indicated by a double arrow of the movement device 13 can be moved in the X direction to any machining position B X, Y in the X direction and in the Y direction in one due to the displaceability of the laser processing head 4th or through the workpiece 8th given working area to be moved. At a respective processing position B X, Y points the laser beam 6 an (instantaneous) machining direction B φ , which is described by a processing angle φ, which is measured (arbitrarily) starting from the negative Y direction and at which in 1 example shown is φ = 0 °.

Wie in 2a zu erkennen ist, wird der Laserstrahl 6 für die Durchführung einer schneidenden Bearbeitung an dem Werkstück 8 mittels einer Fokussiereinrichtung in Form einer Fokussierlinse 15 auf das Werkstück 8 fokussiert. Bei der Fokussierlinse 15 handelt es sich im gezeigten Beispiel um eine Linse aus Zinkselenid, die den Laserstrahl 6 durch eine Laserbearbeitungsdüse 16, genauer gesagt durch deren Düsenöffnung 16a, auf das Werkstück 8 fokussiert, und zwar im gezeigten Beispiel auf eine Fokusposition F an der Oberseite 8a des Werkstücks 8. Der Laserstrahl 6 bildet dort einen Wechselwirkungsbereich 17 mit dem Werkstück 8, hinter dem entgegen der Bearbeitungsrichtung Bφ bzw. entgegen der Schnittrichtung des Laserschneidprozesses die in 1 gezeigte Schnittfuge 9 erzeugt wird. Im Falle eines Laserstrahls 6 aus einem Festkörperlaser kann eine Fokussierlinse bspw. aus Quarzglas eingesetzt werden.As in 2a can be seen, the laser beam 6 for performing cutting work on the workpiece 8th by means of a focusing device in the form of a focusing lens 15 on the workpiece 8th focused. With the focusing lens 15 In the example shown, a lens made of zinc selenide is used to hold the laser beam 6 through a laser machining nozzle 16 , more precisely through their nozzle opening 16a , on the workpiece 8th focused, in the example shown on a focus position F at the top 8a of the workpiece 8th . The laser beam 6 forms an interaction area there 17th with the workpiece 8th , behind the opposite of the machining direction B φ or contrary to the cutting direction of the laser cutting process the in 1 shown kerf 9 is produced. In the case of a laser beam 6 a focusing lens made of quartz glass, for example, can be used from a solid-state laser.

In 2 ebenfalls zu erkennen ist ein teildurchlässig ausgebildeter Umlenkspiegel 18, welcher den einfallenden Laserstrahl 2 (bspw. mit einer Wellenlänge von ca. 10,6 µm) reflektiert und für eine Prozessüberwachung relevante Beobachtungsstrahlung zu einem weiteren teildurchlässigen Umlenkspiegel 19 transmittiert. Der Umlenkspiegel 18 ist im gezeigten Beispiel für Beobachtungsstrahlung in Form von Wärmestrahlung bei Wellenlängen λ von ca. 700 nm bis 2000 nm teildurchlässig ausgebildet. Der weitere teildurchlässige Umlenkspiegel 19 reflektiert die Beobachtungsstrahlung zu einer Überwachungseinrichtung 20. Eine Beleuchtungsquelle 21 dient zur koaxialen Beleuchtung des Werkstücks 8 mit Beleuchtungsstrahlung 22. Die Beleuchtungsstrahlung 22 wird von dem weiteren teiltransmissiven Umlenkspiegel 19 sowie von dem Umlenkspiegel 18 transmittiert und durch die Düsenöffnung 16a der Laserbearbeitungsdüse 16 hindurch auf das Werkstück 8 gelenkt.In 2nd a partially transparent deflection mirror can also be seen 18th which is the incident laser beam 2nd (for example with a wavelength of approx. 10.6 µm) reflected and observation radiation relevant for process monitoring to a further partially transparent deflection mirror 19th transmitted. The deflecting mirror 18th is in the example shown for observation radiation in the form of heat radiation at wavelengths λ from approx. 700 nm to 2000 nm partially transparent. The further partially permeable deflecting mirror 19th reflects the observation radiation to a monitoring device 20th . A source of lighting 21 is used for coaxial illumination of the workpiece 8th with illuminating radiation 22 . The illuminating radiation 22 is from the further partially transmissive deflecting mirror 19th as well as from the deflecting mirror 18th transmitted and through the nozzle opening 16a the laser processing nozzle 16 through to the workpiece 8th directed.

Alternativ zu den teildurchlässigen Umlenkspiegeln 18, 19 können auch Scraperspiegel oder Lochspiegel, welche einfallende Strahlung nur aus einem Randbereich reflektieren, eingesetzt werden, um die Beobachtungsstrahlung der Überwachungseinrichtung 20 zuzuführen bzw. um die Beleuchtungsstrahlung 22 dem Werkstück 8 zuzuführen. Auch mindestens ein seitlich in den Strahlengang des Laserstrahls 6 eingebrachter Spiegel kann verwendet werden, um die Beobachtung zu ermöglichen.As an alternative to the semi-transparent deflecting mirrors 18th , 19th Scraper mirrors or perforated mirrors, which only reflect incident radiation from an edge area, can also be used to monitor the observation radiation of the monitoring device 20th to supply or around the illuminating radiation 22 the workpiece 8th feed. Also at least one laterally in the beam path of the laser beam 6 inserted mirror can be used to enable observation.

Als Beleuchtungsquelle 21 können Diodenlaser oder LEDs oder Blitzlampen vorgesehen werden, die wie in 2a gezeigt koaxial, aber auch off-axis zur Laserstrahlachse 24 angeordnet werden können. Die Beleuchtungsquelle 21 kann beispielsweise auch außerhalb (insbesondere neben) dem Laserbearbeitungskopf 4 angeordnet und auf das Werkstück 8 gerichtet sein; alternativ kann die Beleuchtungsquelle 21 innerhalb des Laserbearbeitungskopfs 4 angeordnet, jedoch nicht koaxial zum Laserstrahl 6 auf das Werkstück 8 ausgerichtet sein. Gegebenenfalls kann der Laserbearbeitungskopf 4 auch ohne eine Beleuchtungsquelle 21 betrieben werden.As a lighting source 21 diode lasers or LEDs or flash lamps can be provided, as in 2a shown coaxial, but also off-axis to the laser beam axis 24th can be arranged. The lighting source 21 can for example also outside (in particular next to) the laser processing head 4th arranged and on the workpiece 8th be directed; alternatively, the lighting source 21 inside the laser machining head 4th arranged, but not coaxial to the laser beam 6 on the workpiece 8th be aligned. If necessary, the laser processing head 4th even without a lighting source 21 operate.

Teil der Überwachungseinrichtung 20 ist eine im Beobachtungsstrahlengang 23 hinter dem weiteren teildurchlässigen Umlenkspiegel 19 angeordnete geometrisch hochauflösende Kamera 25. Bei der Kamera 25 kann es sich um eine Hochgeschwindigkeitskamera handeln, die koaxial zur Laserstrahlachse 24 bzw. zur Verlängerung der Laserstrahlachse 24 und somit richtungsunabhängig angeordnet ist. Beim dargestellten Beispiel erfolgt die Aufnahme von Bildern durch die Kamera 25 im Auflichtverfahren im NIR/IR-Wellenlängenbereich, um das Prozesseigenleuchten bzw. ein Wärmebild des Schneidprozesses aufzunehmen. Bei dem in 2a gezeigten Beispiel kann ein Filter vor der Kamera 25 angeordnet werden, wenn weitere Strahlungs- bzw. Wellenlängenanteile von der Erfassung mit der Kamera 25 ausgeschlossen werden sollen. Der Filter kann z.B. als schmalbandiger Bandpassfilter mit einer Halbwertsbreite von beispielsweise ca. 15 nm ausgebildet sein, der Wellenlängen λ im Bereich um ca. 800 nm transmittiert.Part of the monitoring facility 20th is one in the observation beam path 23 behind the other partially permeable deflecting mirror 19th Arranged geometrically high resolution camera 25th . At the camera 25th can be a high-speed camera that is coaxial to the laser beam axis 24th or to extend the laser beam axis 24th and is thus arranged independent of direction. In the example shown, pictures are taken by the camera 25th in the incident light process in the NIR / IR wavelength range to record the process's own lighting or a thermal image of the cutting process. At the in 2a The example shown can be a filter in front of the camera 25th be arranged if further radiation or wavelength components from the detection with the camera 25th should be excluded. The filter can be designed, for example, as a narrow-band bandpass filter with a half-value width of, for example, approximately 15 nm, the wavelengths λ transmitted in the range around 800 nm.

Zur Erzeugung von Bildern eines in 3 gezeigten zu überwachenden Bereichs 26 des Werkstücks 8, welcher der Schnittfuge 9 bzw. einen Abschnitt der Schnittfuge 9 mit der Schneidfront 9a enthält, auf einer Detektorfläche 25a der Kamera 25 weist die Überwachungseinrichtung 20 eine Abbildungsoptik 27 auf. Im gezeigten Beispiel weist die Abbildungsoptik 27 eine Blende 28 auf, die um eine zentrale Drehachse D drehbar gelagert ist, so dass sich bei der Drehung die Position einer exzentrisch angeordneten Blendenöffnung 28a auf einem Kreisbogen um die Drehachse D bewegt (vgl. 2b).To generate images of an in 3rd shown area to be monitored 26 of the workpiece 8th which of the kerf 9 or a section of the kerf 9 with the cutting front 9a contains, on a detector surface 25a the camera 25th instructs the monitoring device 20th an imaging optics 27 on. In the example shown, the imaging optics 27 an aperture 28 on that around a central axis of rotation D is rotatably mounted, so that the position of an eccentrically arranged aperture opening during rotation 28a on a circular arc around the axis of rotation D moved (cf. 2 B) .

Durch die Anordnung der Blende 28 in dem mittels einer Linse 29 fokussierten Strahlengangs der Abbildungsoptik 27 tritt nur ein Teil des Beobachtungsstrahlengangs 23, welcher einen Randbereich der Fokussierlinse 15 durchläuft und im konvergenten Strahlengang nach der Fokussierlinse 15 unter einem Winkel β zur Strahlachse 24 des Laserstrahls 6 ausgerichtet ist, durch die exzentrisch zur Verlängerung der Strahlachse 24 des Laserstrahls 6 angeordnete Blendenöffnung 28a hindurch und bildet einen Beobachtungsstrahl 23a, welcher auf der Detektorfläche 25a abgebildet wird. Bei dem in 2a gezeigten Beispiel verläuft eine Beobachtungsrichtung R1 des Beobachtungsstrahls 23a in der Projektion in die XY-Ebene bzw. in die Werkstückebene parallel zur Bearbeitungsrichtung Bφ (hier: φ = 0), entlang derer der Laserstrahl 6 und das Werkstück 8 in der XY-Ebene relativ zueinander bewegt werden, um die gewünschte Schnittkontur zu bilden, d.h. es erfolgt eine stechende Beobachtung. Der Winkel β, unter dem die Beobachtungsrichtung R1 zur Strahlachse 24 des Laserstrahls 6 ausgerichtet ist, liegt im gezeigten Beispiel zwischen ca. 1° und ca. 5°, beispielsweise bei ca. 4°.Due to the arrangement of the panel 28 in which by means of a lens 29 focused beam path of the imaging optics 27 only part of the observation beam path occurs 23 , which has an edge region of the focusing lens 15 passes through and in the convergent beam path after the focusing lens 15 at an angle β to the beam axis 24th of the laser beam 6 is aligned by the eccentric to extend the beam axis 24th of the laser beam 6 arranged aperture 28a and forms an observation beam 23a which is on the detector surface 25a is mapped. At the in 2a shown example runs an observation direction R1 of the observation beam 23a in the projection in the XY plane or in the workpiece plane parallel to the machining direction B φ (here: φ = 0), along which the laser beam 6 and the workpiece 8th are moved relative to one another in the XY plane in order to form the desired cutting contour, that is to say a sharp observation takes place. The angle β under which the direction of observation R1 to the beam axis 24th of the laser beam 6 in the example shown is between approximately 1 ° and approximately 5 °, for example approximately 4 °.

Wie in 2a zu erkennen ist, ist an der Blende 28 ein Polarisationsfilter 30 angebracht, der sich gemeinsam mit dem Blende 28 um die Drehachse D dreht. Der Polarisationsfilter 30 ist zur Filterung einer linearen Polarisationskomponente p ausgebildet, die im gezeigten Beispiel parallel zu einer Ebene (XZ-Ebene) ausgerichtet ist, welche die (momentane) Bearbeitungsrichtung Bφ sowie die Z-Richtung bzw. die Strahlachse 24 des Laserstrahls 6 enthält. Wie in 2a zu erkennen ist, weist der Beobachtungsstrahl 23a nach dem Polarisationsfilter 30 nur noch eine senkrecht zur XZ-Ebene ausgerichtete Polarisationskomponente s auf. Die Filterung einer linearen Polarisationskomponente des Beobachtungsstrahls 23a hat sich für die Beobachtung der Schnittfuge 9 bzw. des zu überwachenden Bereichs 26 als günstig erwiesen. Es versteht sich, dass an Stelle der parallel zur XZ-Ebene ausgerichteten Polarisationskomponente p gegebenenfalls auch die senkrecht zur XZ-Ebene ausgerichtete Polarisationskomponente s oder eine anders ausgerichtete Polarisationskomponente mit Hilfe des Polarisationsfilters 30 gefiltert werden kann. Die Verwendung der s-polarisierten Polarisationskomponente hat sich für die Beobachtung der Schnittfuge 9 als besonders günstig erwiesen, da die in 3 gezeigten gestrichelt dargestellten Linien, die im Wesentlichen zwei Leuchtstreifen 31a,b entsprechen, einen optimalen Winkel aufweisen, um viel s-polarisierte Strahlung zu emittieren.As in 2a can be seen is on the bezel 28 a polarizing filter 30th attached, which is together with the aperture 28 about the axis of rotation D turns. The polarization filter 30th is designed to filter a linear polarization component p, which in the example shown is aligned parallel to a plane (XZ plane) which represents the (current) machining direction B φ as well as the Z direction or the beam axis 24th of the laser beam 6 contains. As in 2a can be seen, the observation beam points 23a after the polarization filter 30th only one polarization component aligned perpendicular to the XZ plane s on. The filtering of a linear polarization component of the observation beam 23a has opted for observation of the kerf 9 or the area to be monitored 26 proven to be cheap. It goes without saying that, instead of the polarization component p aligned parallel to the XZ plane, the polarization component aligned perpendicular to the XZ plane may also be used s or a differently oriented polarization component using the polarization filter 30th can be filtered. The use of the s-polarized polarization component has been used to observe the kerf 9 proved to be particularly favorable since the in 3rd shown in dashed lines, which are essentially two light strips 31a , b correspond to have an optimal angle in order to emit a lot of s-polarized radiation.

An Stelle einer mechanisch verstellbaren Blende 28 kann auch eine elektrisch verstellbare Blende, beispielsweise in Form eines LCD-Arrays, verwendet werden, bei der einzelne Pixel oder Pixelgruppen elektronisch an- bzw. ausgeschaltet werden, um die Blendenwirkung zu erzeugen. Auch kann die mechanische Blende 28 anders als in 2a,b gezeigt quer zum Beobachtungsstrahlengang 23, beispielsweise in der YZ-Ebene, bewegt bzw. verschoben werden, um unterschiedliche Teile des Beobachtungsstrahlengangs 23 abzuschatten bzw. für die Beobachtung zu öffnen. Die Blende 28 kann auch in Form eines oder mehrerer auf- und zuklappbarer mechanischer Elemente realisiert werden. Entsprechend kann auch der Polarisationsfilter 30 als LCD-Polarisator ausgebildet sein, um die Ausrichtung der gefilterten Polarisationskomponente geeignet zu wählen, insbesondere um die Ausrichtung der gefilterten Polarisationskomponente zu drehen. Gegebenenfalls kann die Blende 28 und/oder der Polarisationsfilter 30 vollständig aus dem Beobachtungsstrahlengang 23 entfernt werden, sofern dies für die Überwachung des Laserschneidprozesses vorteilhaft ist.Instead of a mechanically adjustable cover 28 an electrically adjustable diaphragm, for example in the form of an LCD array, can also be used, in which individual pixels or pixel groups are electronically switched on or off in order to produce the diaphragm effect. The mechanical cover can also be used 28 different from in 2a, b shown across the observation beam path 23 , for example in the YZ plane, are moved or shifted around different parts of the observation beam path 23 shade or open for observation. The aperture 28 can also be realized in the form of one or more mechanical elements that can be opened and closed. The polarization filter can accordingly 30th be designed as an LCD polarizer to suitably choose the orientation of the filtered polarization component, in particular to rotate the orientation of the filtered polarization component. If necessary, the aperture 28 and / or the polarization filter 30th completely from the observation beam path 23 be removed if this is advantageous for monitoring the laser cutting process.

Mit Hilfe einer mit der Überwachungseinrichtung 20 in signaltechnischer Verbindung stehenden Auswerteeinrichtung 32 können unterschiedliche Kenngrößen für die Prozessqualität des Laserschneidprozesses ermittelt werden. Beispielsweise kann anhand des Verlaufs der in 3 gezeigten Leuchtstreifen 32a,b auf den Verlauf der Spaltbreite b(z) der Schnittfuge 9 in Dickenrichtung Z des Werkstücks 8 (mit Dicke d), genauer gesagt auf einen Winkel γ zwischen den beiden seitlichen Schnittflanken 33a,b der Schnittfuge 9 geschlossen werden. Als Messgrößen für den Winkel γ kann/können der Abstand und/oder der Winkel zwischen den beiden Leuchtstreifen 31a,b mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 32 bestimmt werden, beispielsweise wie dies in der eingangs zitierten WO2018069291A1 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. Der Öffnungs-Winkel γ zwischen den beiden Schnittflanken 33a,b der Schnittfuge 9 stellt eine Kenngröße für die Prozessqualität bzw. für die Prozessrobustheit typischerweise beim Schmelzschneiden dar, d.h. je größer der Öffnungs-Winkel γ ist, desto stärker ist die V-Form der Schnittfuge 9 ausgeprägt und desto schlechter ist typischerweise die Schneidqualität.With the help of a monitoring device 20th evaluation device connected in terms of signal technology 32 different parameters for the process quality of the laser cutting process can be determined. For example, based on the course of the in 3rd shown light strips 32a , b on the course of the gap width b (z) of the kerf 9 in the thickness direction Z of the workpiece 8th (with thickness d), more precisely on an angle γ between the two side cut edges 33a , b the kerf 9 getting closed. As parameters for the angle γ can the distance and / or the angle between the two light strips 31a , b using the evaluation device 32 be determined, for example like this in the above WO2018069291A1 which is incorporated by reference in its entirety into the content of this application. The opening angle γ between the two cutting edges 33a , b the kerf 9 represents a parameter for the process quality or for the process robustness typically during fusion cutting, ie the larger the opening angle γ the stronger the V-shape of the kerf 9 pronounced and the worse the cutting quality is typically.

Wie in 3 ebenfalls zu erkennen ist, bildet sich bei der schneidenden Bearbeitung an dem Werkstück 8 an der Vorderkante der Schnittfuge 9 die im Wesentlichen zylindrische Schneidfront 9a aus, die sich entlang der Dicke d des Werkstücks 8 unter einem Schneidfrontwinkel α bezüglich der Oberseite 8a und der Unterseite 8b des Werkstücks 8 erstreckt. Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung 20 kann anhand des überwachten Bereichs 26, genauer gesagt anhand des Wechselwirkungsbereichs 17, mit Hilfe der Auswerteeinrichtung 32 der Schneidfrontwinkel α ermittelt werden. Dies kann beispielsweise auf eine Weise erfolgen, wie sie in der eingangs zitierten WO2015036140A1 beschrieben ist, welche durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird. In diesem Fall ist es für die Ermittlung des Schneidfrontwinkels α günstig, wenn die Beobachtung des Wechselwirkungsbereichs 17 mit einer schleppenden oder stechenden Beobachtungsrichtung erfolgt, wobei auf die Verwendung des Polarisationsfilters 30 verzichtet werden kann. Alternativ kann der Schneidfrontwinkel α auch anhand von Geometriemerkmalen der Schnittfuge 9 ermittelt werden, beispielsweise wie dies in der eingangs zitierten WO2012107331A1 beschrieben ist, welche ebenfalls durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit zum Inhalt dieser Anmeldung gemacht wird.As in 3rd can also be seen, is formed during the cutting process on the workpiece 8th at the front edge of the kerf 9 the essentially cylindrical cutting front 9a made up along the thickness d of the workpiece 8th at a cutting front angle α regarding the top 8a and the bottom 8b of the workpiece 8th extends. With the help of the monitoring device 20th can be based on the monitored area 26 , more precisely based on the interaction area 17th , with the help of the evaluation device 32 the cutting front angle α be determined. This can be done, for example, in a manner such as that cited in the introduction WO2015036140A1 which is incorporated by reference in its entirety into the content of this application. In this case it is for the determination of the cutting front angle α favorable when observing the interaction area 17th with a sluggish or piercing observation direction, with the use of the polarization filter 30th can be dispensed with. Alternatively, the cutting front angle α also based on the geometry of the kerf 9 can be determined, for example as this in the above WO2012107331A1 is described, which is also made by reference in its entirety to the content of this application.

Mit Hilfe der Überwachungseinrichtung 20 bzw. der Auswerteeinrichtung 32 können auch andere Kenngrößen für die Prozessqualität, beispielsweise die Positioniergenauigkeit PX,Y bei der Positionierung des Laserbearbeitungskopfs 4 an der Bearbeitungsposition BX,Y , d.h. die Abweichung zwischen Ist- und Soll-Bearbeitungsposition sowie die Richtungsgenauigkeit Rφ , d.h. die Abweichung der der momentanen Bearbeitungsrichtung Bφ an der Bearbeitungsposition BX,Y von einer Soll-Bearbeitungsrichtung ermittelt werden. Die Richtungsungenauigkeit Rφ kann von der Überwachungseinrichtung 20 in Kombination mit der Auswerteeinrichtung 32 beispielsweise auch ermittelt werden, indem das in der DE102005022095A1 beschriebene Verfahren zur Bestimmung der lateralen Relativbewegung zwischen dem Laserbearbeitungskopf 4 und dem Werkstück 8 durchgeführt wird und die auf diese Weise ermittelte laterale Relativbewegung bzw. momentane Bearbeitungsrichtung Bφ mit einem Wert für die Soll-Bearbeitungsrichtung verglichen wird, der in der Auswerteeinrichtung 32 oder an einem anderen Ort hinterlegt ist. Die Positionsgenauigkeit PX,Y sowie die Richtungsgenauigkeit Rφ stellen Kenngrößen für die Prozessqualität dar, da es bei Abweichungen vom jeweiligen Sollwert zu Abweichungen der Geometrie der Schnittfuge 9 von einer Soll-Geometrie kommt.With the help of the monitoring device 20th or the evaluation device 32 can also use other parameters for process quality, such as positioning accuracy P X, Y when positioning the laser processing head 4th at the processing position B X, Y , ie the deviation between the actual and target processing position and the directional accuracy R φ , ie the deviation of the current machining direction B φ at the processing position B X, Y be determined from a target machining direction. The directional inaccuracy R φ can from the monitoring device 20th in combination with the evaluation device 32 can also be determined, for example, by using the DE102005022095A1 described method for determining the lateral relative movement between the laser processing head 4th and the workpiece 8th is carried out and the lateral relative movement or current machining direction determined in this way B φ is compared with a value for the target machining direction, that in the evaluation device 32 or is stored in another location. The position accuracy P X, Y as well as the directional accuracy R φ represent parameters for the process quality, as there are deviations in the geometry of the kerf in the event of deviations from the respective setpoint 9 comes from a target geometry.

Es versteht sich, dass mit Hilfe der Überwachungseinrichtung 20 bzw. der Auswerteeinrichtung 32 auch andere Kenngrößen für die Prozessqualität ermittelt werden können, die beispielsweise das Auftreten einer Gratbildung an der Schnittfuge 9 etc. betreffen, wie dies ebenfalls in der WO2012107331A1 beschrieben ist. Die Art der Kenngröße(n) für die Prozessqualität, die in der Auswerteeinrichtung 32 ermittelt werden, können von der Art des Laserschneidprozesses abhängen, beispielsweise kann der Schneidfrontwinkel α bei einem Brennschneidprozess als Kenngröße dienen, während der Öffnungs-Winkel γ der Schnittfuge typischerweise bei einem Schmelzschneidprozess als Kenngröße für die Prozessqualität dient.It is understood that with the help of the monitoring device 20th or the evaluation device 32 other parameters for the process quality can also be determined, for example the occurrence of burrs at the kerf 9 etc. concern, as also in the WO2012107331A1 is described. The type of parameter (s) for the process quality used in the evaluation device 32 can be determined can depend on the type of laser cutting process, for example the cutting front angle α serve as a parameter in a flame cutting process, during the opening angle γ the kerf typically serves as a parameter for the process quality in a fusion cutting process.

Eine in 1 gezeigte Steuerungseinrichtung 34, die Steuerungsaufgaben der Laserschneidmaschine 1 übernimmt, steht mit der Auswerteeinrichtung 32 in signaltechnischer Verbindung. Die Steuerungseinrichtung 34 weist eine Regeleinrichtung 35 auf, um bei dem Bearbeitungsprozess eine optimale Prozessqualität zu erzeugen. Die Regeleinrichtung 35 kann beispielsweise ausgebildet sein, den Schneidfrontwinkel α auf einen vorgegebenen, konstanten Wert zu regeln, indem mindestens ein Stellparameter, beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Leistung des Laserstrahls 6 geeignet beeinflusst wird.One in 1 shown control device 34 , the control tasks of the laser cutting machine 1 takes over, stands with the evaluation device 32 in signaling connection. The control device 34 has a control device 35 to generate optimal process quality in the machining process. The control device 35 can be designed, for example, the cutting front angle α to regulate to a predetermined, constant value by at least one control parameter, for example the feed rate and / or the power of the laser beam 6 is suitably influenced.

Nachfolgend wird beispielhaft für den Schneidfrontwinkel α als Kenngröße für die Prozessqualität beschrieben, wie positions- und/oder richtungsabhängige Störungen bei der Bearbeitung des Werkstücks 8 mittels der Bearbeitungsmaschine 1 ermittelt werden. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird der Schneidfrontwinkel α während des Schneidprozesses kontinuierlich von der Überwachungseinrichtung 20 erfasst. Ein jeweiliger instantan ermittelter Messwert des Schneidfrontwinkels α wird der momentanen Bearbeitungsposition BX,Y zugeordnet, die im gezeigten Beispiel einer XY-Koordinate im Arbeitsfeld der Bearbeitungsmaschine 1 entspricht. Die Zuordnung kann beispielsweise in einer Datenbank oder dergleichen gespeichert werden, die in der Auswerteeinrichtung 32, der Steuerungseinrichtung 34 oder in einem Datenspeicher 36 hinterlegt ist, der ggf. auf einem externen, zentralen Computer oder in der Cloud bereitgestellt wird. Die Zuordnung des Schneidfrontwinkels α zu den jeweiligen Bearbeitungspositionen BX,Y im Arbeitsfeld wird für eine Mehrzahl von schneidenden Bearbeitungsprozessen und somit für eine Mehrzahl von Messwerten α1 , α2 , ... αN vorgenommen, wobei N die Anzahl der Messwerte beschreibt, die typischerweise bei mehr als N = 10 liegt. Aus den Messwerten α1 , α2 , ... αN , die an einer jeweiligen Bearbeitungsposition BX,Y , d.h. an einer jeweiligen XY-Koordinate, in dem Arbeitsfeld ermittelt wurden, wird ein von der XY-Koordinate bzw. der XY-Position im Arbeitsfeld abhängiger Schneidfrontwinkel α(X,Y) ermittelt. Der positionsabhängige Schneidfrontwinkel α(X,Y) ist somit eine Funktion in Abhängigkeit von der XY-Koordinate.The following is an example of the cutting front angle α as a parameter for the Process quality is described, such as position and / or direction-dependent malfunctions when machining the workpiece 8th by means of the processing machine 1 be determined. As described above, the cutting front angle α continuously from the monitoring device during the cutting process 20th detected. A respective instantaneously determined measured value of the cutting front angle α becomes the current machining position B X, Y assigned, in the example shown an XY coordinate in the working area of the processing machine 1 corresponds. The assignment can be stored, for example, in a database or the like, which is stored in the evaluation device 32 , the control device 34 or in a data store 36 is stored, which may be provided on an external, central computer or in the cloud. The assignment of the cutting front angle α to the respective processing positions B X, Y in the work area is for a number of cutting machining processes and thus for a number of measurement values α 1 , α 2 , ... α N made, where N describes the number of measured values, which is typically more than N = 10. From the measured values α 1 , α 2 , ... α N that at a respective processing position B X, Y , that is, at a respective XY coordinate in the working area, a cutting front angle dependent on the XY coordinate or the XY position in the working area becomes α (X, Y) determined. The position-dependent cutting front angle α (X, Y) is therefore a function depending on the XY coordinate.

Um den Einfluss des jeweiligen Bearbeitungsprozesses bzw. der jeweiligen Bearbeitungsparameter auf den positionsabhängigen Schneidfrontwinkel α(X,Y) zu eliminieren, wird eine statistische Analyse der Mehrzahl N von Messwerten α1 , α2 , ... αN durchgeführt, die zu unterschiedlichen Zeiten bzw. bei unterschiedlichen Bearbeitungsprozessen an der jeweiligen Bearbeitungsposition BX,Y ermittelt wurden. Im einfachsten Fall kann zur Ermittlung des positionsabhängigen Schneidfrontwinkels α(X,Y) der Mittelwert aus den Messwerten α1 , α2 , ... αN an der jeweiligen Bearbeitungsposition BX,Y berechnet werden. Es versteht sich, dass an Stelle des Mittelwerts auch ein anderes geeignetes statistisches Maß für die Ermittlung des positionsabhängigen Schneidfrontwinkels α(X,Y) verwendet werden kann, welches den Einfluss von Störungen, die nicht von der jeweiligen Bearbeitungsposition BX,Y abhängig sind, möglichst vollständig eliminiert.The influence of the respective machining process or the respective machining parameters on the position-dependent cutting front angle α (X, Y) to eliminate is a statistical analysis of the plurality N of measured values α 1 , α 2 , ... α N carried out at different times or with different machining processes at the respective machining position B X, Y were determined. In the simplest case, the position-dependent cutting front angle can be determined α (X, Y) the average of the measured values α 1 , α 2 , ... α N at the respective processing position B X, Y be calculated. It goes without saying that, instead of the mean value, another suitable statistical measure for determining the position-dependent cutting front angle α (X, Y) can be used, which is the influence of disturbances that are not of the respective processing position B X, Y dependent are eliminated as completely as possible.

Anhand des positionsabhängigen Schneidfrontwinkels α(X,Y) in dem Arbeitsfeld können Bearbeitungspositionen BX,Y bestimmt werden, bei denen der positionsabhängige Schneidfrontwinkel α(X,Y) so klein ist, dass die Prozessqualität gering ist oder der Prozess ggf. nicht mehr stabil verläuft. Um diese Bearbeitungspositionen BX,Y zu ermitteln, kann der positionsabhängige Schneidfrontwinkel α(X,Y) mit einem (in der Regel konstanten, d.h. nicht von der Position abhängigen) Schwellwert verglichen werden. Die Bearbeitungspositionen BX,Y , an denen der Schwellwert unterschritten wird, bilden Teilbereiche in Form von Störpositionsbereichen 37 innerhalb des Arbeitsfeldes, von denen beispielhaft zwei in 1 dargestellt sind. Die Teilbereiche des Arbeitsfeldes, die außerhalb der Störpositionsbereiche 37 liegen, bilden Vorzugspositionsbereiche für den Schneidprozess an dem Werkstück 8.Based on the position-dependent cutting front angle α (X, Y) in the work area, processing positions B X, Y can be determined at which the position-dependent cutting front angle α (X, Y) is so small that the process quality is low or the process may no longer be stable. To these machining positions B X, Y can determine the position-dependent cutting front angle α (X, Y) can be compared with a (usually constant, ie not dependent on position) threshold value. The processing positions B X, Y , at which the threshold value is undershot, form partial areas in the form of fault position areas 37 within the work field, of which two are exemplary 1 are shown. The subareas of the work area that are outside the fault position areas 37 lie, form preferred position areas for the cutting process on the workpiece 8th .

Bei der Bahnplanung in der Steuerungseinrichtung 34 werden die beim Schneiden zu erzeugenden Schnittkonturen der aus dem Werkstück 8 zu schneidenden Werkstückteile so gewählt, dass diese idealerweise vollständig außerhalb der Störpositionsbereiche 37 liegen bzw. dass ein möglichst geringer Teil des Bearbeitungsprozesses innerhalb der Störpositionsbereiche 37 erfolgt. Die auf die weiter oben beschriebene Weise ermittelten Störpositionsbereiche 37 der Bearbeitungsmaschine 1 können in dem Datenspeicher 36 abgespeichert werden.During path planning in the control system 34 the cutting contours to be generated during cutting are those from the workpiece 8th Workpiece parts to be cut are selected so that they ideally completely outside the fault position areas 37 or that the smallest possible part of the machining process is within the fault position areas 37 he follows. The fault position ranges determined in the manner described above 37 the processing machine 1 can in the data store 36 can be saved.

Die Ermittlung der Störpositionsbereiche 37 auf die weiter oben beschriebene Weise kann ggf. in vorgegebenen Zeitintervallen wiederholt werden. Wird für die Ermittlung des positionsabhängigen Schneidfrontwinkels α eine ausreichend große Anzahl von Messwerten α1 , α2 , ... αN herangezogen, verändern sich die Störpositionsbereiche 37 in der Regel nicht bzw. nur unwesentlich, d.h. diese sind zeitlich im Wesentlichen konstant. Die Information über die Störpositionsbereiche 37 einer Mehrzahl von Bearbeitungsmaschinen 1 gleicher Bauart kann in einem gemeinsamen Datenspeicher 36 gespeichert werden. Anhand der dort gespeicherten Daten über die Störpositionsbereiche 37 und/oder über den positionsabhängigen Schneidfrontwinkel α(x, y) können Schwachstellen der Maschinenkonstruktion erkannt werden.The determination of the fault position areas 37 in the manner described above, repetitions can optionally be made at predetermined time intervals. Used to determine the position-dependent cutting front angle α a sufficiently large one Number of measurements α 1 , α 2 , ... α N used, the fault position ranges change 37 generally not or only insignificantly, ie these are essentially constant over time. The information about the fault position areas 37 a variety of processing machines 1 same design can be in a common data storage 36 get saved. Based on the data stored there about the fault position areas 37 and / or via the position-dependent cutting front angle α (x, y) weaknesses in the machine design can be identified.

Analog zur weiter oben beschriebenen Ermittlung des positionsabhängigen Schneidfrontwinkels α(X,Y) kann der Schneidfrontwinkel α auch in Abhängigkeit von der Bearbeitungsrichtung Bφ ermittelt werden. Im einfachsten Fall wird hierbei ein momentan ermittelter Messwert für den Schneidfrontwinkel α einer jeweiligen momentanen Bearbeitungsrichtung Bφ-ohne Berücksichtigung der jeweiligen Bearbeitungsposition BX,Y - zugeordnet, d.h. es wird der richtungsabhängige Schneidfrontwinkel αφ der Bearbeitungsmaschine 1 unabhängig von der Bearbeitungsposition BX,Y ermittelt, indem eine Mehrzahl von Messwerten für den richtungsabhängigen Schneidfrontwinkel αφ auf die weiter oben beschriebene Weise statistisch ausgewertet wird. Bevorzugt wird der richtungsabhängige Schneidfrontwinkel αφ aber zusätzlich in Abhängigkeit von der Bearbeitungsposition BX,Y ermittelt, d.h. der richtungsabhängige Schneidfrontwinkel αφ wird anhand einer Mehrzahl von Messwerten α1 , α2 , ... αN in einer jeweiligen Bearbeitungsrichtung Bφ an ein- und derselben Bearbeitungsposition BX,Y ermittelt. Der richtungsabhängige Schneidfrontwinkel αφ(X, Y) ist somit zusätzlich von der XY-Position im Arbeitsfeld abhängig.Analogous to the determination of the position-dependent cutting front angle described above α (X, Y) can the cutting front angle α also depending on the machining direction B φ be determined. In the simplest case, a measured value for the cutting front angle is determined at the moment α a respective current machining direction B φ - without taking into account the respective machining position B X, Y - assigned, ie it becomes the direction-dependent cutting front angle α φ the processing machine 1 regardless of the processing position B X, Y determined by a plurality of measured values for the direction-dependent cutting front angle α φ is statistically evaluated in the manner described above. The direction-dependent cutting front angle is preferred α φ but also depending on the processing position B X, Y determined, ie the direction-dependent cutting front angle α φ is based on a plurality of measured values α 1 , α 2 , ... α N in a respective processing direction B φ at one and the same processing position B X, Y determined. The directional cutting front angle α φ (X, Y) is therefore also dependent on the XY position in the work area.

Analog zur weiter oben beschriebenen Ermittlung der Störpositionsbereiche 37 können auch Störwinkelbereiche 38 ermittelt werden, die ggf. von der jeweiligen Bearbeitungsposition BX,Y abhängig sind (s.o.). Beispielsweise kann zu diesem Zweck der jeweilige Wert für den richtungsabhängigen Schneidfrontwinkel αφ mit einem Schwellwert verglichen werden. In 1 ist beispielhaft ein Störwinkelbereich 38 an einer Bearbeitungsposition BX,Y dargestellt, der sich über ein Winkelintervall φ zwischen ca. 35° und ca. 45° erstreckt. Wie weiter oben im Zusammenhang mit der Störpositionsbereichen 37 beschrieben ist, können auch die Bearbeitungsrichtungen Bφ bei der Bearbeitung des Werkstücks 8 so gewählt werden, dass die Störwinkelbereiche 38 bei der Bearbeitung möglichst vermieden werden. Der richtungsabhängige, typischerweise zusätzlich positionsabhängige Schneidfrontwinkel αφ(X,Y) bzw. der/die Störwinkelbereiche 38 können ebenfalls in dem Datenspeicher 36 gespeichert werden, um eine Fehlerdiagnose durchführen zu können bzw. um die Arbeitsplanung zu optimieren.Analogous to the determination of the fault position ranges described above 37 can also be interference angle ranges 38 can be determined, possibly from the respective processing position B X, Y are dependent ( s .O.). For example, the respective value for the direction-dependent cutting front angle can be used for this purpose α φ can be compared with a threshold. In 1 is an example of a disturbance angle range 38 at a processing position B X, Y shown, which extends over an angular interval φ between approximately 35 ° and approximately 45 °. As above in connection with the fault position areas 37 the machining directions can also be described B φ when machining the workpiece 8th be chosen so that the interference angle ranges 38 should be avoided when processing. The direction-dependent, typically additionally position-dependent cutting front angle α φ (X, Y) or the interference angle ranges 38 can also in the data store 36 be saved in order to be able to carry out a fault diagnosis or to optimize work planning.

Wie weiter oben beschrieben wurde, kann der Schneidfrontwinkel α auf einen vorgegebenen, konstanten Wert geregelt werden, indem mindestens ein Stellparameter, beispielsweise die Vorschubgeschwindigkeit und/oder die Leistung des Laserstrahls 6, geeignet beeinflusst wird. Bei einer (idealen) Regelung ist die Regelgröße zwar konstant, d.h. nicht von der Position und/oder von der Richtung abhängig, die für die Regelung verwendete(n) Messgröße(n) können aber aufgrund von Störungen positions- und/oder richtungsabhängig variieren, was bei der Regelung berücksichtigt werden sollte, um die Regelgröße, im hier beschriebenen Beispiel den Schneidfrontwinkel α, konstant zu halten.As described above, the cutting front angle can α can be regulated to a predetermined, constant value by at least one control parameter, for example the feed rate and / or the power of the laser beam 6 is suitably influenced. In the case of an (ideal) control, the controlled variable is constant, ie does not depend on the position and / or the direction, but the measured variable (s) used for the control can vary depending on the position and / or direction due to interference, what should be taken into account in the control, the controlled variable, in the example described here the cutting front angle α to keep constant.

Beim Laserschneiden über einen Steg der Werkstückauflage 5 kann sich z.B. ein hohes Mess-Signal einer optischen Laserschneid-Sensorik ergeben, welche die Prozessstrahlung als Messgröße erfasst. An einer solchen Bearbeitungsposition BX,Y darf daher entweder gar nicht geregelt werden oder es muss ein hoher Wert der Messgröße erwartet werden, um die Regelgröße, z.B. den Schneidfrontwinkel α, konstant zu halten. In diesem Fall handelt es sich bei dem Mess-Signal der Prozessstrahlung um eine positionsabhängige Kenngröße, die mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens ermittelt wird und deren von der Bearbeitungsposition BX,Y abhängige Variation bei der Regelung der Regelgröße auf ihren Soll-Wert berücksichtigt wird. Es versteht sich, dass ein solches Vorgehen auch für andere Kenngrößen möglich ist.When laser cutting over a web of the workpiece support 5 For example, a high measurement signal from an optical laser cutting sensor system can result, which detects the process radiation as a measurement variable. At such a processing position B X, Y Therefore, it must either not be controlled at all or a high value of the measured variable must be expected to match the controlled variable, for example the cutting front angle α to keep constant. In this case, the measurement signal of the process radiation is a position-dependent parameter, which is determined with the aid of the method described above, and that of the processing position B X, Y dependent variation is taken into account when regulating the controlled variable to its target value. It goes without saying that such a procedure is also possible for other parameters.

Beim Laserschneiden mit einem Laserstrahl 6 mit ovalem Strahlquerschnitt, der beispielsweise durch eine unrunde Innenkontur 16a der Düse 16 hervorgerufen wird, kann für das Regeln des Schnittspalts 9 auf eine konstante Breite b (Regelgröße) bspw. die Fokusposition F des Laserstrahls 6 in Ausbreitungsrichtung des Laserstrahls 6 (in Z-Richtung) als Stellgröße verstellt werden. Schneidet man mit der langen Seite des Laserstrahls 6 quer zum Schnittspalt 9, sollte die Fokusposition F so gewählt werden, dass der Strahlquerschnitt des Laserstrahls 6 auf dem Werkstück 9 klein ist, während beim Schneiden mit der schmalen Laserstrahlseite quer zum Schnittspalt 9 der Strahlquerschnitt im Fokus groß eingestellt werden sollte, so dass insgesamt die Breite b des Schnittspalts 9 konstant gehalten werden kann. In diesem Fall ist somit eine richtungsabhängige Einstellung der Fokuslage bzw. der Fokusposition in Z-Richtung erforderlich.When laser cutting with a laser beam 6 with an oval beam cross-section, for example due to a non-circular inner contour 16a the nozzle 16 can be used for regulating the cutting gap 9 to a constant width b (controlled variable), for example the focus position F of the laser beam 6 in the direction of propagation of the laser beam 6 (in the Z direction) can be adjusted as a manipulated variable. You cut with the long side of the laser beam 6 across the cutting gap 9 , the focus position F be chosen so that the beam cross section of the laser beam 6 on the workpiece 9 is small, while when cutting with the narrow laser beam side across the cutting gap 9 the beam cross-section in the focus should be set large, so that overall the width b of the cutting gap 9 can be kept constant. In this case, a direction-dependent adjustment of the focus position or the focus position in the Z direction is required.

Mit zunehmender Betriebsdauer der Laserbearbeitungsmaschine 1 kann es zu einer Verschmutzung z.B. der Fokussierlinse 15 kommen. Die Verschmutzung kann zu einer so genannten thermischen Linse führen, die eine Veränderung der Fokusposition F (Abweichung von einer nominellen Fokusposition) zur Folge hat. Wird die Fokusposition F (in Ausbreitungsrichtung) des Laserstrahls 6 als Kenngröße bei mehreren zeitlich aufeinander folgenden Bearbeitungsprozessen an der Laserbearbeitungsmaschine 1 ermittelt, kann es daher sinnvoll sein, eine zeitliche Änderung der Messwerte bei der Ermittlung der richtungs- und/oder positionsabhängigen Fokusposition F zu berücksichtigen. Beispielsweise können bei der Ermittlung der Fokusposition F nur diejenigen Messwerte berücksichtigt werden, die bei noch nicht lange zurückliegenden Bearbeitungsprozessen ermittelt wurden und daher dem aktuellen Verschmutzungsgrad der Fokussierlinse 15 entsprechen.With increasing operating time of the laser processing machine 1 for example, the focusing lens may become dirty 15 come. The contamination can lead to a so-called thermal lens, which changes the focus position F (Deviation from a nominal focus position). Becomes the focus position F (in the direction of propagation) of the laser beam 6 as a parameter for several machining processes in succession on the laser processing machine 1 determined, it may therefore be useful to change the measured values over time when determining the directional and / or position-dependent focus position F to consider. For example, when determining the focus position F only those measured values are taken into account that were determined in machining processes not long ago and therefore the current degree of contamination of the focusing lens 15 correspond.

Es versteht sich, dass das weiter oben beschriebene Verfahren auf analoge Weise auch mit anderen Kenngrößen für die Prozessqualität als dem Schneidfrontwinkel α, der Fokusposition F, etc. durchgeführt werden kann.It is understood that the method described above in an analogous manner also with parameters for the process quality other than the cutting front angle α , the focus position F , etc. can be carried out.

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

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  • DE 102005022095 A1 [0005, 0015, 0025, 0050]DE 102005022095 A1 [0005, 0015, 0025, 0050]
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  • DE 102011079083 A1 [0007]DE 102011079083 A1 [0007]
  • EP 1497851 [0008]EP 1497851 [0008]

Claims (16)

Verfahren zum Ermitteln mindestens einer Kenngröße (α, γ, PX,Y, Rφ) für die Prozessqualität bei einem Bearbeitungsprozess, insbesondere bei einem Laserschneidprozess, umfassend: Insbesondere schneidendes Bearbeiten eines Werkstücks (8) unter Bewegen eines Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere eines Laserbearbeitungskopfs (4), und des Werkstücks (8) relativ zueinander, Überwachen eines Bereichs (26) an dem Werkstück (8), der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich (17) des Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere des Laserbearbeitungskopfs (4), mit dem Werkstück (8) umfasst, sowie Ermitteln mindestens einer Kenngröße (α, γ, PX,Y, Rφ) für die Prozessqualität anhand des überwachten Bereichs (26), gekennzeichnet durch Ermitteln mindestens einer positionsabhängigen Kenngröße (α(x, y)) für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten (α1, ... αN) der mindestens einen Kenngröße (a) an derselben Bearbeitungsposition (BX,Y) und/oder mindestens einer richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x,y)) für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten (α1, ... αN) der mindestens einen Kenngröße (α) in derselben Bearbeitungsrichtung (Bφ), insbesondere in derselben Bearbeitungsrichtung (Bφ) an ein- und derselben Bearbeitungsposition (BX,Y).Method for determining at least one parameter (α, γ, P X, Y , R φ ) for the process quality in a machining process, in particular in a laser cutting process, comprising: in particular cutting machining of a workpiece (8) while moving a machining tool, in particular a laser machining head ( 4), and the workpiece (8) relative to one another, monitoring an area (26) on the workpiece (8), which preferably comprises an interaction area (17) of the processing tool, in particular the laser processing head (4), with the workpiece (8), and determining at least one parameter (α, γ, P X, Y , R φ ) for the process quality based on the monitored area (26), characterized by determining at least one position-dependent parameter (α (x, y)) for the process quality based on a plurality of measured values (α 1 , ... α N ) of the at least one parameter (a) at the same processing position (B X, Y ) and / or at least one he direction-dependent parameter (α φ , α φ (x, y)) for the process quality based on a plurality of measured values (α 1 , ... α N ) of the at least one parameter (α) in the same machining direction (B φ ), in particular in same machining direction (B φ ) at one and the same machining position (B X, Y ). Verfahren nach Anspruch 1, bei dem zum Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße (a(x, y)) und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x, y)) für die Prozessqualität eine statistische Analyse der Mehrzahl von Messwerten (α1, ... αN) durchgeführt wird.Procedure according to Claim 1 , in order to determine the position-dependent parameter (a (x, y)) and / or the direction-dependent parameter (α φ , α φ (x, y)) for the process quality, a statistical analysis of the plurality of measured values (α 1 , .. . α N ) is carried out. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kenngröße (a) während eines Bearbeitungsprozesses kontinuierlich erfasst wird und ein momentan ermittelter Messwert der Kenngröße (a) einer jeweiligen Bearbeitungsposition (BX,Y) und/oder einer jeweiligen Bearbeitungsrichtung (Bφ) zugeordnet wird.Method according to one of the preceding claims, in which the parameter (a) is recorded continuously during a machining process and a currently determined measured value of the parameter (a) is assigned to a respective machining position (B X, Y ) and / or a respective machining direction (B φ ) becomes. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem anhand der positionsabhängigen Kenngröße (a(x, y)) Bearbeitungspositionen (BX,Y) ermittelt werden, die mindestens einen Störpositionsbereich (37) bei der Bearbeitung bilden und/oder bei dem anhand der richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x, y)) Bearbeitungsrichtungen (Bφ) bestimmt werden, die mindestens einen Störwinkelbereich (38) bei der Bearbeitung bilden.Method according to one of the preceding claims, in which machining positions (B X, Y ) are determined on the basis of the position-dependent parameter (a (x, y)), which form at least one fault position region (37) during machining and / or on the basis of the direction-dependent one Characteristic (α φ , α φ (x, y)) machining directions (B φ ) are determined, which form at least one interference angle range (38) during machining. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem Bearbeitungspositionen (BX,Y) und/oder Bearbeitungsrichtungen (Bφ) bei der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks (8) relativ zueinander in Abhängigkeit von der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße (a(x, y)), insbesondere von dem Störpositionsbereich (37), und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x, y)), insbesondere von dem Störwinkelbereich (38), festgelegt werden.Method according to one of the preceding claims, in which machining positions (B X, Y ) and / or machining directions (B φ ) during the movement of the machining tool and the workpiece (8) relative to one another as a function of the determined position-dependent parameter (a (x, y )), in particular from the interference position range (37), and / or on the basis of the direction-dependent parameter (α φ , α φ (x, y)), in particular from the interference angle range (38). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Mehrzahl der Messwerte (α1, ... αN) der mindestens einen Kenngröße (a) bei mehreren Bearbeitungsprozessen an derselben Bearbeitungsmaschine (1) ermittelt wird und/oder die positionsabhängige Kenngröße (a(x, y)) und/oder die richtungsabhängige Kenngröße (αφ, αφ(x, y)) wird/werden auf mehreren baugleichen Bearbeitungsmaschinen (1) ermittelt.Method according to one of the preceding claims, in which the plurality of measured values (α 1 , ... α N ) of the at least one parameter (a) is determined in the case of several machining processes on the same machine tool (1) and / or the position-dependent parameter (a ( x, y)) and / or the direction-dependent parameter (α φ , α φ (x, y)) is / are determined on several identical processing machines (1). Verfahren nach Anspruch 6, bei dem die Mehrzahl der Messwerte (α1, ... αN) der mindestens einen Kenngröße (a) bei mehreren Bearbeitungsprozessen an derselben Bearbeitungsmaschine (1) ermittelt wird und bei dem beim Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße (a(x, y)) und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x, y)) eine zeitliche Änderung der Messwerte (α1, ... αN) berücksichtigt wird.Procedure according to Claim 6 , in which the majority of the measured values (α 1 , ... α N ) of the at least one parameter (a) is determined in several machining processes on the same processing machine (1) and in which the position-dependent parameter (a (x, y) ) and / or the direction-dependent parameter (α φ , α φ (x, y)) a temporal change in the measured values (α 1 , ... α N ) is taken into account. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Speichern der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße (a(x, y)) und/oder des Störpositionsbereichs (37) und/oder der ermittelten richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x,y)) und/oder des Störwinkelbereichs (38) in einem Datenspeicher (36).Method according to one of the preceding claims, further comprising: storing the determined position-dependent parameter (a (x, y)) and / or the fault position range (37) and / or the determined direction-dependent parameter (α φ , α φ (x, y)) and / or the interference angle range (38) in a data memory (36). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kenngröße ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Schneidfrontwinkel (a) einer Schneidfront (9a) einer Schnittfuge (9) und Öffnungs-Winkel (γ) zwischen zwei Schnittflanken (33a,b) der Schnittfuge (9).Method according to one of the preceding claims, in which the parameter is selected from the group comprising: cutting front angle (a) a cutting front (9a) of a kerf (9) and opening angle (γ) between two cutting edges (33a, b) of the kerf ( 9). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Kenngröße ausgewählt ist aus der Gruppe umfassend: Positioniergenauigkeit (PX,Y) und Richtungsgenauigkeit (Rφ) beim Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks (8) relativ zueinander.Method according to one of the preceding claims, in which the parameter is selected from the group comprising: positioning accuracy (P X, Y ) and directional accuracy (R φ ) when moving the machining tool and the workpiece (8) relative to one another. Bearbeitungsmaschine, insbesondere Laserbearbeitungsmaschine (1), umfassend: ein Bearbeitungswerkzeug, insbesondere ein Laserbearbeitungskopf (4), zur insbesondere schneidenden Bearbeitung eines Werkstücks (8), eine Bewegungseinrichtung (13) zur Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks (8) relativ zueinander, sowie eine Überwachungseinrichtung (20) zur Überwachung eines Bereichs (26) an dem Werkstück (8), der bevorzugt einen Wechselwirkungsbereich (17) des Bearbeitungswerkzeugs, insbesondere des Laserbearbeitungskopfs (4), mit dem Werkstück (8) umfasst, sowie eine Auswerteeinrichtung (32), die konfiguriert ist, anhand des überwachten Bereichs (26) mindestens eine Kenngröße (α, γ, PX,Y, Rφ) für die Prozessqualität zu ermitteln, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerteeinrichtung (32) konfiguriert ist, mindestens eine positionsabhängige Kenngröße (a(x, y)) für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten (α1, ... αN) der mindestens einen Kenngröße (a) an derselben Bearbeitungsposition (BX,Y) und/oder mindestens eine richtungsabhängige Kenngröße (αφ, aφ)(x, y)) für die Prozessqualität anhand einer Mehrzahl von Messwerten (α1, ... αN) der mindestens einen Kenngröße (a) entlang derselben Bearbeitungsrichtung (Bφ), insbesondere entlang derselben Bearbeitungsrichtung (Bφ) an ein- und derselben Bearbeitungsposition (BX,Y), zu ermitteln.Processing machine, in particular laser processing machine (1), comprising: a processing tool, in particular a laser processing head (4), for in particular cutting processing of a workpiece (8), a movement device (13) for moving the processing tool and the workpiece (8) relative to one another, and a Monitoring device (20) for monitoring an area (26) on the workpiece (8), which preferably an interaction area (17) of the machining tool, in particular the Laser processing head (4), with the workpiece (8), and an evaluation device (32), which is configured based on the monitored area (26) at least one parameter (α, γ, P X, Y , R φ ) for the process quality to be determined, characterized in that the evaluation device (32) is configured to determine at least one position-dependent parameter (a (x, y)) for the process quality on the basis of a plurality of measured values (α 1 , ... α N ) of the at least one parameter ( a) at the same processing position (B X, Y ) and / or at least one direction-dependent parameter (α φ , a φ ) (x, y)) for the process quality on the basis of a plurality of measured values (α 1 , ... α N ) to determine at least one parameter (a) along the same machining direction (B φ ), in particular along the same machining direction (B φ ) at one and the same machining position (B X, Y ). Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 11, bei der die Auswerteeinrichtung (32) konfiguriert ist, zum Ermitteln der positionsabhängigen Kenngröße (a(x, y)) und/oder der richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x, y)) für die Prozessqualität eine statistische Analyse der Mehrzahl von Messwerten (α1, ... αN) durchzuführen.Processing machine after Claim 11 , in which the evaluation device (32) is configured, for determining the position-dependent parameter (a (x, y)) and / or the direction-dependent parameter (α φ , α φ (x, y)) for the process quality, a statistical analysis of the plurality of measured values (α 1 , ... α N ). Bearbeitungsmaschine nach Anspruch 11 oder 12, bei dem die Überwachungseinrichtung (20) ausgebildet ist, die mindestens eine Kenngröße (a) kontinuierlich zu überwachen und bei dem die Auswerteeinrichtung (32) ausgebildet ist, einen momentan ermittelten Messwert der Kenngröße (a) einer jeweiligen Bearbeitungsposition (BX,Y) und/oder einer jeweiligen Bearbeitungsrichtung (Bφ) zuzuordnen.Processing machine after Claim 11 or 12th , in which the monitoring device (20) is designed to continuously monitor the at least one parameter (a) and in which the evaluation device (32) is designed, a momentarily determined measured value of the parameter (a) of a respective processing position (B X, Y ) and / or to assign a respective machining direction (B φ ). Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei dem die Auswerteeinrichtung (32) konfiguriert ist, anhand der positionsabhängigen Kenngröße (α(x, y)) Bearbeitungspositionen (BX,Y) zu ermitteln, die mindestens einen Störpositionsbereich (37) bei der Bearbeitung bilden und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x, y)) Bearbeitungsrichtungen (Bφ) zu ermitteln, die mindestens einen Störwinkelbereich (38) bei der Bearbeitung bilden.Processing machine according to one of the Claims 11 to 13 , in which the evaluation device (32) is configured to use the position-dependent parameter (α (x, y)) to determine machining positions (B X, Y ) which form at least one fault position region (37) during machining and / or using the direction-dependent one Determine characteristic (α φ , α φ (x, y)) machining directions (B φ ) which form at least one interference angle range (38) during machining. Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 14, weiter umfassend: eine Steuerungseinrichtung (35) zur Steuerung der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks (8) relativ zueinander, die bevorzugt konfiguriert ist, Bearbeitungspositionen (B(x,y)) und/oder Bearbeitungsrichtungen (B(φ)) bei der Bewegung des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks (8) relativ zueinander in Abhängigkeit von der ermittelten positionsabhängigen Kenngröße (a(x, y)), insbesondere von dem Störpositionsbereich (37), und/oder anhand der richtungsabhängigen Kenngröße (αφ, αφ(x, y)), insbesondere von dem Störwinkelbereich (38), festzulegen.Processing machine according to one of the Claims 11 to 14 , further comprising: a control device (35) for controlling the movement of the machining tool and the workpiece (8) relative to one another, which is preferably configured, machining positions (B (x, y)) and / or machining directions (B (φ)) in the Movement of the machining tool and the workpiece (8) relative to one another as a function of the determined position-dependent parameter (a (x, y)), in particular of the fault position range (37), and / or using the direction-dependent parameter (α φ , α φ (x , y)), in particular of the interference angle range (38). Bearbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei dem die Überwachungseinrichtung (20) und die Auswerteeinrichtung (32) konfiguriert sind, anhand des überwachten Bereichs (26) als Kenngröße für die Prozessqualität einen Schneidfrontwinkel (a) einer Schneidfront (9a) einer Schnittfuge (9), einen Öffnungs-Winkel (γ) zwischen zwei Schnittflanken (33a,b) der Schnittfuge (9), eine Positioniergenauigkeit (PX,Y) und/oder eine Richtungsgenauigkeit (Rφ) beim Bewegen des Bearbeitungswerkzeugs und des Werkstücks (8) relativ zueinander zu ermitteln.Processing machine according to one of the Claims 11 to 15 , in which the monitoring device (20) and the evaluation device (32) are configured, using the monitored area (26) as a parameter for the process quality, a cutting front angle (a) a cutting front (9a) of a kerf (9), an opening angle ( γ) between two cutting edges (33a, b) of the kerf (9) to determine a positioning accuracy (P X, Y ) and / or a directional accuracy (R φ ) when moving the processing tool and the workpiece (8) relative to each other.
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